Химия

Напишем уравнения реакций, протекающих при сжигании магния на воздухе:

$2Mg + O_{2} \overset{t}{=} 2MgO$; (1)
$3Mg + N_{2} \overset{t}{=} Mg_{3}N_{2}$. (2)

Следовательно, зола состоит из оксида и нитрида магния. При последующей обработке золы соляной кислотой протекают реакции:

$MgO + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}O$; (3)
$Mg_{3}N_{2} + 8HCl = 3MgCl_{2} + 2NH_{4}Cl$. (4)

Из условия задачи следует, что соляная кислота взята в избытке, поэтому образуется $NH_{4}Cl$, а не $NH_{3}$. Полученныш раствор нейтрализуют щелочью:

$HCl + NaOH = NaCl + H_{2}O$. (5)

Добавление избытка щелочи:

$NH_{4}Cl + NaOH = NaCl + NH_{3} \uparrow + H_{2}O$. (6)

Выделившийся газ прореагирует с соляной кислотой:

$NH_{3} + HCl = NH_{4}Cl$. (7)

Пусть по уравнению (1) $n_{1}(Mg) = x моль$; по уравнению (2) $n_{2}(Mg) = y моль$. Найдем количество вещества $HCl$, пошедшего на растворение золы:

$n_{1}(HCl) = 2n(MgO) = 2n_{1}(Mg) = 2x моль$;
$n_{2}(HCl) = 8n(Mg_{3}N_{2}) = \frac{8}{3} n_{2}(Mg) = \frac{8y}{3} моль$.

Общее количество вещества $HCl$ по уравнениям (3) и (4):

$n(HCl) = 2x + \frac{8y}{3}$.

Найдем количество вещества $HCl$ в соляной кислоте:

$n_{исх}(HCl) = 0,06 л \cdot 1 моль/л = 0,06 моль$.

После растворения золы на нейтрализацию избытка кислоты затратили щелочь:

$n(NaOH) = 0,012 л \cdot 1 моль/л = 0,012 моль$.

Найдем, общее количество вещества $HCl$, пошедшего на растворение золы по уравнениям (3) и (4):

$n_{p}(HCl) = 0,06 моль - 0,012 моль = 0,048 моль$.

Можно составить алгебраическое уравнение:

$2x + \frac{8y}{3} = 0,048$.

Найдем количество вещества аммиака, исходя из уравнений (2), (4), (6):

$n(NH_{3}) = n(NH_{4}Cl) = 2n(Mg_{3}N_{2}) = \frac{2}{3} n_{2}(Mg) = \frac{2y}{3} моль$.

На взаимодействие с этим количеством аммиака израсходовали $HCl$:

$n^{ \prime}(HCl) = 0,012 л \cdot 1 моль/л - 0,006 л \cdot 1 моль/л = 0,006 моль$.

Можно составить второе алгебраическое уравнение:

$\frac{2y}{3} = 0,006$.

Решим систему уравнений:

$\begin{cases} 2x + \frac{8y}{3} = 0,048; \\ \frac{2y}{3} = 0,006 моль \end{cases}$

Найдем значения $x$ и $y$: $x = 0,012 моль; y = 0,009 моль$.

Рассчитаем массу образца магния:

$m(Mg) = (NULL,012 моль + 0,009 моль) \cdot 24 г/моль = 0,504 г$.

Определим состав золы:

$m(MgO) = 0,012 моль \cdot 40 г/моль = 0,48 г$, что составляет 61,54 %;

$m(Mg_{3}N_{2}) = 0,003 моль \cdot 100 г/моль = 0,3 г$, т. е. 38,46 %.
Ответ: $m(Mg) = 0,504 г; w(MgO) = 61,54 \text{ % }; w(Mg_{3}N_{2}) = 38,46 \text{ % }$.