Задание №34 — Типы расчётных задач

Задание №34

Смесь цинка и карбоната цинка, в которой соотношение числа атомов цинка к числу атомов кислорода равно 5 : 6, растворили в 500 г разбавленного раствора серной кислоты. При этом все исходные вещества прореагировали полностью, и выделилось 22,4 л смеси газов (н.у.). К этому раствору добавили 500 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Вычислите массовую долю сульфата натрия в конечном растворе.

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Ваше решениедо 4 баллов

Запишите решение задачи...

Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям

Решение. Цинк с разбавленной серной кислотой даёт водород, карбонат цинка — углекислый газ; обе реакции дают сульфат цинка.

Уравнения реакций:
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑
ZnCO₃ + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O + CO₂↑
ZnSO₄ + 4NaOH (избыток) → Na₂[Zn(OH)₄] + Na₂SO₄

Состав смеси. Пусть n(Zn) = x моль, n(ZnCO₃) = y моль. Атомы цинка есть в обоих веществах, атомы кислорода — только в карбонате (3 атома на формульную единицу):
(x + y) : 3y = 5 : 6, откуда 6x + 6y = 15y и x = 1,5y.
Смесь газов: n(H₂) + n(CO₂) = x + y = 22,4 л / 22,4 л/моль = 1 моль;
1,5y + y = 1; y = 0,4 моль, x = 0,6 моль.

Кислота и сульфат цинка. Каждое из веществ расходует по 1 моль H₂SO₄ на 1 моль, и по условию всё прореагировало полностью, значит кислоты было ровно столько, сколько нужно:
n(H₂SO₄) = x + y = 1 моль; n(ZnSO₄) = 1 моль.

Действие щёлочи. m(NaOH) = 500 г · 0,40 = 200 г; n(NaOH) = 200 г / 40 г/моль = 5 моль.
Для полного перевода 1 моль ZnSO₄ сначала в Zn(OH)₂, а затем в растворимый комплекс нужно 4 моль NaOH. Так как 5 моль > 4 моль, щёлочь в избытке, гидроксид цинка полностью растворяется, и осадка в конечном растворе нет.
n(Na₂SO₄) = n(ZnSO₄) = 1 моль; m(Na₂SO₄) = 1 моль · 142 г/моль = 142 г.

Масса конечного раствора.
m(смеси) = 0,6 моль · 65 г/моль + 0,4 моль · 125 г/моль = 39 г + 50 г = 89 г;
m(газов) = 0,6 моль · 2 г/моль + 0,4 моль · 44 г/моль = 1,2 г + 17,6 г = 18,8 г;
m(р-ра) = 500 г + 89 г − 18,8 г + 500 г = 1070,2 г.

Массовая доля сульфата натрия: w(Na₂SO₄) = 142 г / 1070,2 г · 100 % = 13,27 %.

Проверка: атомов цинка 0,6 + 0,4 = 1 моль, атомов кислорода 3 · 0,4 = 1,2 моль; 1 : 1,2 = 5 : 6 — соотношение из условия выполнено.

Ответ: Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑; ZnCO₃ + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O + CO₂↑; ZnSO₄ + 4NaOH → Na₂[Zn(OH)₄] + Na₂SO₄; w(Na₂SO₄) = 13,27 %.

Источник: ФИПИ

НазадЗадание №34Далее