Задание №34 — Типы расчётных задач
При нагревании образца нитрата цинка часть вещества разложилась. В результате образовался твёрдый остаток, который разделили на две части. Первую часть массой 27 г обработали 87,2 г 20%-ного раствора сульфида натрия. При этом массовая доля сульфида натрия в растворе уменьшилась вдвое. Вторую часть массой 81 г полностью растворили в 202,5 г 40%-ного раствора бромоводородной кислоты. Вычислите массовую долю бромоводородной кислоты в образовавшемся растворе.
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. Уравнения реакций:
2Zn(NO3)2 → (t°) 2ZnO + 4NO2↑ + O2↑
Zn(NO3)2 + Na2S → ZnS↓ + 2NaNO3
ZnO + 2HBr → ZnBr2 + H2O
Что в остатке. Разложилась только часть соли, поэтому твёрдый остаток — смесь ZnO и не разложившегося Zn(NO3)2. Обе части остатка имеют одинаковый состав, значит найденное для первой части соотношение годится и для второй.
Первая часть (27 г). Пусть в ней a моль Zn(NO3)2 и b моль ZnO:
189 г/моль · a + 81 г/моль · b = 27 г.
С сульфидом натрия реагирует только нитрат цинка (ZnO с раствором Na2S не взаимодействует и остаётся в осадке), причём n(Na2S) = a моль.
m(Na2S) в исходном растворе = 87,2 г · 0,20 = 17,44 г, осталось (17,44 − 78a) г.
Масса раствора: в него перешёл только Zn(NO3)2 (189a г), а вышел осадок ZnS (97a г):
m(р-ра) = 87,2 г + 189a − 97a = (87,2 + 92a) г.
Массовая доля уменьшилась вдвое, то есть стала 0,10:
(17,44 − 78a) / (87,2 + 92a) = 0,10 → 17,44 − 78a = 8,72 + 9,2a → 87,2a = 8,72 → a = 0,1 моль.
Тогда 81b = 27 г − 189 г/моль · 0,1 моль = 27 г − 18,9 г = 8,1 г → b = 0,1 моль.
Проверка: остаток Na2S = 17,44 г − 7,8 г = 9,64 г, масса раствора = 87,2 г + 9,2 г = 96,4 г, 9,64 / 96,4 = 0,10 — ровно половина от 20 %.
Состав остатка. n(Zn(NO3)2) : n(ZnO) = 0,1 : 0,1 = 1 : 1.
Вторая часть (81 г). Пусть в ней по k моль каждого вещества:
189k + 81k = 270k = 81 г → k = 0,3 моль.
То есть 0,3 моль Zn(NO3)2 и 0,3 моль ZnO.
Реакция с HBr. m(HBr) = 202,5 г · 0,40 = 81 г, n = 81 г / 81 г/моль = 1,0 моль.
Кислоту расходует только оксид: n(HBr) = 2 · 0,3 моль = 0,6 моль; нитрат цинка с HBr не реагирует, он просто переходит в раствор.
Значит кислота в избытке, оксид растворяется полностью:
n(HBr, остаток) = 1,0 моль − 0,6 моль = 0,4 моль, m = 0,4 моль · 81 г/моль = 32,4 г.
Ни газа, ни осадка не образуется, поэтому m(р-ра) = 81 г + 202,5 г = 283,5 г.
ω(HBr) = 32,4 г / 283,5 г = 0,1143, или 11,43 %.
Ответ: ω(HBr) ≈ 11,43 %.
Источник: ФИПИ