13. Смесь алюминия и серы нагрели. После завершения реакции твердую фазу обработали избытком соляной кислоты и получили газ объемом (н. у.) 10,08 дм³. Этот газ пропустили в избыток раствора CuSO4, образовался осадок массой 28,8 г. Найдите массовую долю алюминия в исходной смеси.

Для решения задачи необходимо:

1. Написать уравнения реакций, происходящих в процессе.
2. Определить, какой газ выделяется при обработке твердой фазы соляной кислотой.
3. Рассчитать количество вещества осадка, образовавшегося при пропускании газа через раствор CuSO4.
4. Определить количество вещества газа, вступившего в реакцию с CuSO4.
5. Рассчитать количество вещества газа, выделившегося при взаимодействии алюминия с соляной кислотой.
6. Рассчитать количество вещества алюминия, прореагировавшего с соляной кислотой.
7. Рассчитать массу алюминия, прореагировавшего с соляной кислотой.
8. Рассчитать массу алюминия в исходной смеси.
9. Рассчитать массовую долю алюминия в исходной смеси.

Решение:

1. Уравнения реакций:
   • 2Al + 3S = Al₂S₃
   • Al₂S₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂S
   • Al + 3HCl = AlCl₃ + 1.5H₂
   • H₂S + CuSO₄ = CuS + H₂SO₄
2. При обработке твердой фазы (Al₂S₃ и Al) соляной кислотой выделяются газы H₂S и H₂.
3. Осадок, образовавшийся при пропускании газа через раствор CuSO₄, - CuS. $$n(CuS) = \frac{m(CuS)}{M(CuS)} = \frac{28.8 \text{ г}}{96 \text{ г/моль}} = 0.3 \text{ моль}$$
4. В реакцию с CuSO₄ вступает H₂S, следовательно, n(H₂S) = n(CuS) = 0.3 моль.
5. Общий объем газов (H₂S и H₂) равен 10.08 дм³. $$n(H_2+H_2S) = \frac{V}{V_m} = \frac{10.08 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/моль} = 0.45 \text{ моль}$$ n(H₂) = n(H₂ + H₂S) - n(H₂S) = 0.45 моль - 0.3 моль = 0.15 моль.
6. При взаимодействии Al с HCl выделяется H₂: Al + 3HCl = AlCl₃ + 1.5H₂ n(Al) = n(H₂) / 1.5 = 0.15 моль / 1.5 = 0.1 моль.
7. Масса Al, прореагировавшего с HCl: $$m(Al) = n(Al) \cdot M(Al) = 0.1 \text{ моль} \cdot 27 \text{ г/моль} = 2.7 \text{ г}$$
8. При взаимодействии Al₂S₃ с HCl газ H₂S, количество вещества Al₂S₃ составляет: Al₂S₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂S n(Al₂S₃) = n(H₂S) / 3 = 0.3 моль / 3 = 0.1 моль. Количество вещества Al в Al₂S₃: n(Al) = 2 \cdot n(Al₂S₃) = 2 \cdot 0.1 моль = 0.2 моль. Масса Al в Al₂S₃: $$m(Al) = n(Al) \cdot M(Al) = 0.2 \text{ моль} \cdot 27 \text{ г/моль} = 5.4 \text{ г}$$ Общая масса Al в исходной смеси: m(Al) = 2.7 г + 5.4 г = 8.1 г.
9. Массовая доля Al в исходной смеси: m(Al₂S₃) = 0,1 моль * 150 г/моль = 15 г m(S) = 12.8 г m(смеси) = 15 г + 2.7 г + 12,8 г = 30,5 г $$\omega(Al) = \frac{m(Al)}{m(смеси)} = \frac{8.1 \text{ г}}{30,5 \text{ г}} = 0.2656$$

Ответ: 26,56%