Решение задач на селективное разделение смеси | Определение массовой доли каждого металла в исходном сплаве

Задача 3. 
Образец сплава натрия с кальцием залили большим избытком воды. Получился только прозрачный раствор. Далее к нему добавили избыток раствора карбоната натрия. Определите массовую долю каждого металла в исходном сплаве, если масса выпавшего осадка оказалась равной массе исходного образца.
Дано:
равенство масс исходного образца и осадка: mисх. обр. = mосадка.
Найти:
массовую долю кальция в сплаве: массовая доля (Са в сплаве) = ?
массовую долю натрия в сплаве: массовая доля(Nа в сплаве) = ?
Решение:
Данная задача интересна полным отсутствием конкретных количественных данных. Она имеет достаточно простое и изящное решение.  
Проанализируем химические превращения, описанные в условии.

1. С водой взаимодействуют оба компонента сплава. Запишем для каждого из них свое уравнение реакции:

2Nа + 2Н2О = 2NаОН + Н2
Са + 2Н2О = Са(ОН)2Н2

После реакции получается раствор двух гидроксидов. Причем Са(ОН)2 несмотря на свою малую растворимость растворился весь, т.к. в условии сказано, что получился только прозрачный раствор.

2. Nа2СО3 для полученного раствора двух гидроксидов является селективным реактивом. Он будет взаимодействовать с образованием осадка только с Са(ОН)2:

Са(ОН)2 + Nа2СО3 = СаСО3  ↓  + 2NаОН.

При избыточном добавлении Nа2СО3 в осадок в виде СаСО3 переведется весь кальций, который исходно был в гидроксиде кальция, а до этого в сплаве. Следовательно, масса кальция в исходном сплаве равна массе кальция, в выпавшем в осадок карбонате:

m(Са в сплаве) = m(Cа в СаСO3).

В условии же указано, что масса выпавшего осадка равна массе исходного сплава:

m(СаСО3) = m(сплава) = m(Са в сплаве) + m(Nа в сплаве).

Из последнего равенства можно сделать вывод, что масса натрия в сплаве равна массе карбонатных ионов в осадке карбоната кальция.

массовая доляm(Na в сплаве) = m(СО3)2– в осадке

Следовательно,

 (Са в сплаве) = массовая доля (Са в СаСО3)
массовая доля(Nа в сплаве) = массовая доля (СО3)2–  в СаСО3

Таким образом, чтобы определить массовые доли Са и Nа в исходном сплаве необходимо определить массовые доли ионов Са2+ и (СО3)2–   в карбонате кальция.

селективное разделение смесей

Ответ: массовая доля(Са в сплаве) = 40%;  массовая доля (Nа в сплаве) = 60%.