Задание №34 — Типы расчётных задач
При растворении в воде <?XML:NAMESPACE PREFIX = NS0 />114,8 г цинкового купороса (ZnSO4 · 7H2O) получили 10%-ный раствор соли. К полученному раствору добавили 12 г магния. После завершения реакции к полученной смеси прибавили 365 г 20%-ного раствора хлороводородной кислоты. Определите массовую долю кислоты в образовавшемся растворе. (Процессами гидролиза пренебречь.)
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Магний активнее цинка и вытесняет его из раствора соли; оставшийся после этого магний и выделившийся цинк затем растворяются в соляной кислоте.
Уравнения реакций:
1) Mg + ZnSO4 → MgSO4 + Zn
2) Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
3) Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
1. Исходный раствор соли.
M(ZnSO4 · 7H2O) = 161 г/моль + 7 · 18 г/моль = 287 г/моль
n(ZnSO4 · 7H2O) = 114,8 г / 287 г/моль = 0,4 моль, следовательно n(ZnSO4) = 0,4 моль
m(ZnSO4) = 0,4 моль · 161 г/моль = 64,4 г
m(р-ра) = 64,4 г / 0,10 = 644 г
2. Реакция с магнием.
n(Mg) = 12 г / 24 г/моль = 0,5 моль
По уравнению 1 реагенты расходуются в отношении 1 : 1. Магния 0,5 моль, сульфата цинка 0,4 моль — соль в недостатке, магний в избытке, поэтому цинк вытесняется полностью:
n(Zn) = 0,4 моль; n(Mg, прореаг.) = 0,4 моль; n(Mg, ост.) = 0,5 моль − 0,4 моль = 0,1 моль
После реакции смесь содержит раствор MgSO4 и твёрдые Zn (0,4 моль) и Mg (0,1 моль). Масса смеси: 644 г + 12 г = 656 г (ничего не улетучилось).
3. Действие соляной кислоты.
m(HCl) = 365 г · 0,20 = 73 г; n(HCl) = 73 г / 36,5 г/моль = 2 моль
По уравнениям 2 и 3 на каждый моль металла расходуется 2 моль HCl:
n(HCl) на магний = 2 · 0,1 моль = 0,2 моль
n(HCl) на цинк = 2 · 0,4 моль = 0,8 моль
всего требуется 1 моль, а взято 2 моль — кислота в избытке, оба металла растворяются полностью:
n(HCl, ост.) = 2 моль − 1 моль = 1 моль; m(HCl, ост.) = 1 моль · 36,5 г/моль = 36,5 г
n(H2) = 0,1 моль + 0,4 моль = 0,5 моль; m(H2) = 0,5 моль · 2 г/моль = 1 г
4. Массовая доля кислоты. Из системы уходит только водород:
m(р-ра кон.) = 656 г + 365 г − 1 г = 1020 г
w(HCl) = 36,5 г / 1020 г = 0,0358, или 3,58 %
Проверка: в конечном растворе MgSO4 (0,4 моль), MgCl2 (0,1 моль), ZnCl2 (0,4 моль) и HCl (1 моль) — по хлору 0,2 моль + 0,8 моль + 1 моль = 2 моль, ровно столько, сколько было в кислоте.
Ответ: w(HCl) ≈ 3,58 %.
Источник: ФИПИ