Задание №34 — Типы расчётных задач
Оксид цинка массой 16,2 г нагрели в присутствии угарного газа объёмом
1,12 л (н.у.). При этом угарный газ прореагировал полностью. Полученный твёрдый остаток растворили в 60 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия 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. Угарный газ восстанавливает оксид цинка до металла; сказано, что CO прореагировал полностью, значит недостатком является именно он, а часть ZnO остаётся. И цинк, и оксид цинка амфотерны и растворяются в растворе щёлочи, но цинк при этом даёт водород.
Уравнения реакций:
ZnO + CO → (t°) Zn + CO2↑
Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2↑
ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]
1. Исходные количества.
n(ZnO) = m/M = 16,2 г / 81 г/моль = 0,2 моль;
n(CO) = V/Vm = 1,12 л / 22,4 л/моль = 0,05 моль.
2. Состав твёрдого остатка. Реакция идёт 1 : 1, а CO израсходован полностью, поэтому CO — в недостатке:
n(Zn) = n(CO) = 0,05 моль; n(ZnO) осталось = 0,2 − 0,05 = 0,15 моль.
m(остатка) = 0,05 моль · 65 г/моль + 0,15 моль · 81 г/моль = 3,25 г + 12,15 г = 15,4 г.
Проверка: из навески ушёл только кислород, связанный с CO: 16,2 г − 0,05 моль · 16 г/моль = 15,4 г — сходится.
3. Щёлочь.
m(NaOH) = 60 г · 0,4 = 24 г; n(NaOH) = 24 г / 40 г/моль = 0,6 моль.
На растворение остатка нужно по 2 моль NaOH на каждый моль Zn и ZnO:
n(NaOH) израсходовано = 2 · 0,05 + 2 · 0,15 = 0,4 моль. Значит щёлочь в избытке, остаток растворяется полностью, а в растворе остаётся
n(NaOH) = 0,6 − 0,4 = 0,2 моль; m(NaOH) = 0,2 моль · 40 г/моль = 8 г.
4. Масса конечного раствора. Из системы уходит только водород:
n(H2) = n(Zn) = 0,05 моль; m(H2) = 0,05 моль · 2 г/моль = 0,1 г;
m(раствора) = 15,4 г + 60 г − 0,1 г = 75,3 г.
5. Искомая величина.
w(NaOH) = 8 г / 75,3 г = 0,1062, то есть 10,62 %.
Ответ: w(NaOH) ≈ 10,62 %.
Источник: ФИПИ