Задание №34
К 64 г насыщенного раствора гидроксида натрия добавили 25,7 г фосфида цинка. После окончания реакции к образовавшемуся раствору прилили 137,2 г 50%-ного раствора серной кислоты. Вычислите массовую долю сульфата цинка в конечном растворе. В условиях, при которых были проведены реакции, растворимость гидроксида натрия составляет 100 г на 100 г воды, сульфата цинка – 57,7 г на 100 г воды, растворимость сульфата натрия – 28 г на 100 г воды.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. Уравнения реакций:
Zn3P2 + 6NaOH + 6H2O → 3Na2[Zn(OH)4] + 2PH3↑
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
Na2[Zn(OH)4] + 2H2SO4 → ZnSO4 + Na2SO4 + 4H2O
Насыщенный раствор щёлочи. Растворимость 100 г на 100 г воды означает, что в 200 г насыщенного раствора 100 г NaOH, то есть ω(NaOH) = 50 %:
m(NaOH) = 64 г · 0,50 = 32 г, n = 32 г / 40 г/моль = 0,8 моль.
Первая реакция. n(Zn3P2) = 25,7 г / 257 г/моль = 0,1 моль; по уравнению нужно 6 · 0,1 моль = 0,6 моль NaOH, а есть 0,8 моль — щёлочь в избытке, фосфид в недостатке.
n(Na2[Zn(OH)4]) = 3 · 0,1 моль = 0,3 моль; n(NaOH, осталось) = 0,8 − 0,6 = 0,2 моль.
n(PH3) = 2 · 0,1 моль = 0,2 моль, m = 0,2 моль · 34 г/моль = 6,8 г — газ уходит.
m(р-ра) = 64 г + 25,7 г − 6,8 г = 82,9 г.
Вторая стадия. m(H2SO4) = 137,2 г · 0,50 = 68,6 г, n = 68,6 г / 98 г/моль = 0,7 моль.
Кислота сначала нейтрализует остаток щёлочи: n(H2SO4) = 0,2 моль / 2 = 0,1 моль;
затем разрушает цинкат до средней соли: n(H2SO4) = 2 · 0,3 моль = 0,6 моль.
Всего требуется 0,1 + 0,6 = 0,7 моль — ровно столько, сколько взято, то есть кислоты хватает точно.
n(ZnSO4) = 0,3 моль, m = 0,3 моль · 161 г/моль = 48,3 г;
n(Na2SO4) = 0,1 моль + 0,3 моль = 0,4 моль, m = 0,4 моль · 142 г/моль = 56,8 г.
Проверка растворимости. Общая масса системы: 82,9 г + 137,2 г = 220,1 г; кроме двух солей в ней только вода:
m(H2O) = 220,1 г − 48,3 г − 56,8 г = 115 г.
Сульфат натрия: в 115 г воды растворяется 115 г · 0,28 = 32,2 г, а его 56,8 г, значит выпадает
m(Na2SO4, осадок) = 56,8 г − 32,2 г = 24,6 г.
Сульфат цинка: в 115 г воды растворяется 115 г · 0,577 = 66,4 г > 48,3 г — он остаётся в растворе полностью.
Искомая величина. m(конечн. р-ра) = 220,1 г − 24,6 г = 195,5 г.
ω(ZnSO4) = 48,3 г / 195,5 г = 0,2471, или 24,71 %.
Проверка: в конечном растворе 115 г воды и 32,2 г Na2SO4, то есть 28 г на 100 г воды — раствор действительно насыщен по сульфату натрия.
Ответ: ω(ZnSO4) ≈ 24,71 %.
Источник: ФИПИ