Задание №34 — Типы расчётных задач

Решение. Фосфид цинка и нитрид магния полностью разлагаются соляной кислотой. Фосфин — газ, он покидает раствор, а аммиак в избытке кислоты остаётся в растворе в виде хлорида аммония.

Уравнения реакций:
1) Zn₃P₂ + 6HCl → 3ZnCl₂ + 2PH₃↑
2) Mg₃N₂ + 8HCl → 3MgCl₂ + 2NH₄Cl

1. Состав смеси. Пусть в смеси x моль Zn₃P₂ и y моль Mg₃N₂. Число электронов в формульной единице равно сумме порядковых номеров атомов:
для Zn₃P₂: 3 · 30 + 2 · 15 = 120
для Mg₃N₂: 3 · 12 + 2 · 7 = 50
Общее число электронов в 32 раза больше числа Авогадро, то есть составляет 32 моль:
120x + 50y = 32
По массе: 257 г/моль · x + 100 г/моль · y = 65,7 г
Из первого уравнения y = 0,64 − 2,4x; подставляем:
257x + 100 · (0,64 − 2,4x) = 65,7 → 257x + 64 − 240x = 65,7 → 17x = 1,7 → x = 0,1 моль, y = 0,4 моль

Проверка: масса 0,1 моль · 257 г/моль + 0,4 моль · 100 г/моль = 25,7 г + 40 г = 65,7 г; электроны 0,1 · 120 + 0,4 · 50 = 12 + 20 = 32 моль — оба условия выполнены.

2. Расход кислоты.
m(HCl) = 730 г · 0,30 = 219 г; n(HCl) = 219 г / 36,5 г/моль = 6 моль
По уравнению 1 на 1 моль Zn₃P₂ идёт 6 моль HCl, по уравнению 2 на 1 моль Mg₃N₂ — 8 моль HCl (шесть на образование хлорида магния и две на связывание аммиака в NH₄Cl):
n(HCl, израсх.) = 6 · 0,1 моль + 8 · 0,4 моль = 0,6 моль + 3,2 моль = 3,8 моль
3,8 моль меньше 6 моль — кислота в избытке, оба вещества растворяются полностью:
n(HCl, ост.) = 6 моль − 3,8 моль = 2,2 моль; m(HCl, ост.) = 2,2 моль · 36,5 г/моль = 80,3 г

3. Масса конечного раствора. Раствор покидает только фосфин:
n(PH₃) = 2 · 0,1 моль = 0,2 моль; m(PH₃) = 0,2 моль · 34 г/моль = 6,8 г
m(р-ра кон.) = 65,7 г + 730 г − 6,8 г = 788,9 г

4. Массовая доля кислоты.
w(HCl) = 80,3 г / 788,9 г = 0,1018, или 10,18 %

Ответ: w(HCl) ≈ 10,18 %.

Источник: ФИПИ