Шешімі: Массовая доля сульфата натрия
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).
Шешім по шагам
15 қадамЗапишем уравнения реакций цинка и карбоната цинка с серной кислотой:
$$\mathrm{Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow}$$Вторая реакция протекает с выделением углекислого газа:
$$\mathrm{ZnCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + CO_2\uparrow + H_2O}$$Пусть $x$ моль — количество вещества цинка, а $y$ моль — количество вещества карбоната цинка. В смеси число атомов цинка равно $x+y$, а число атомов кислорода — $3y$. По условию:
$$\frac{x+y}{3y}=\frac{5}{6},\quad 6x=9y,\quad x=1{,}5y$$Количество вещества смеси газов при нормальных условиях:
$$n_{\text{газов}}=\frac{V}{V_m}=\frac{22{,}4\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}}=1\ \text{моль}$$Из уравнений реакций следует, что из 1 моль цинка образуется 1 моль водорода, а из 1 моль карбоната цинка — 1 моль углекислого газа. Поэтому $x+y=1$ моль. Совместно с соотношением $x=1{,}5y$ получаем:
$$1{,}5y+y=1,\quad y=0{,}4\ \text{моль},\quad x=0{,}6\ \text{моль}$$Количество вещества сульфата цинка равно сумме количеств исходных веществ:
$$n(\mathrm{ZnSO_4})=x+y=1\ \text{моль}$$Количество вещества серной кислоты, вступившей в реакцию, также равно 1 моль. При добавлении раствора гидроксида натрия сначала образуются сульфат натрия и гидроксид цинка:
$$\mathrm{ZnSO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + Zn(OH)_2\downarrow}$$Так как гидроксид цинка амфотерен, в избытке гидроксида натрия он растворяется с образованием растворимого тетрагидроксоцинката натрия:
$$\mathrm{Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]}$$Масса гидроксида натрия в добавленном растворе:
$$m(\mathrm{NaOH})=500\ \text{г}\cdot 0{,}40=200\ \text{г}$$Количество вещества гидроксида натрия:
$$n(\mathrm{NaOH})=\frac{200\ \text{г}}{40\ \text{г/моль}}=5\ \text{моль}$$Для образования сульфата натрия и растворения гидроксида цинка требуется $2+2=4$ моль гидроксида натрия. Значит, гидроксид натрия находится в избытке, а осадка в конечном растворе не остаётся.
$$n_{\text{изб}}(\mathrm{NaOH})=5-4=1\ \text{моль}$$Количество вещества и масса образовавшегося сульфата натрия:
$$n(\mathrm{Na_2SO_4})=1\ \text{моль},\quad m(\mathrm{Na_2SO_4})=1\ \text{моль}\cdot142\ \text{г/моль}=142\ \text{г}$$Масса выделившихся газов:
$$m_{\text{газов}}=0{,}6\ \text{моль}\cdot2\ \text{г/моль}+0{,}4\ \text{моль}\cdot44\ \text{г/моль}=18{,}8\ \text{г}$$Так как все вещества после добавления щёлочи находятся в конечном растворе, его масса равна массе исходных растворов за вычетом массы выделившихся газов:
$$m_{\text{р-ра}}=500\ \text{г}+500\ \text{г}-18{,}8\ \text{г}=981{,}2\ \text{г}$$Вычислим массовую долю сульфата натрия в конечном растворе:
$$\omega(\mathrm{Na_2SO_4})=\frac{142\ \text{г}}{981{,}2\ \text{г}}\cdot100\%=14{,}47\%$$Массовая доля сульфата натрия в конечном растворе равна $14{,}47\%$.
Бұл жауап талдау нәтижесінде алынды, бірақ банктің ресми кілтімен тексерілген жоқ — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Неверно определяют количество вещества газовой смеси, забывая разделить объём при н.у. на $22{,}4\ \text{л/моль}$.
Не учитывают, что в реакции с серной кислотой из 1 моль цинка и 1 моль карбоната цинка образуется суммарно 1 моль сульфата цинка.
Считают гидроксид цинка осадком в конечном растворе, не учитывая его растворение в избытке гидроксида натрия.
В знаменателе используют только массу добавленного раствора, а не массу всего конечного раствора.