Шешімі: Массовая доля щёлочи после реакций
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, указывая единицы измерения искомых физических величин.
Шешім по шагам
12 қадамЗапишем уравнение восстановления оксида цинка угарным газом:
$$\mathrm{ZnO + CO \rightarrow Zn + CO_2}$$Вычислим количество вещества оксида цинка:
$$n(\mathrm{ZnO}) = \frac{m(\mathrm{ZnO})}{M(\mathrm{ZnO})} = \frac{16{,}2\ \mathrm{г}}{81\ \mathrm{г/моль}} = 0{,}20\ \mathrm{моль}$$Количество вещества угарного газа при нормальных условиях:
$$n(\mathrm{CO}) = \frac{V(\mathrm{CO})}{V_m} = \frac{1{,}12\ \mathrm{л}}{22{,}4\ \mathrm{л/моль}} = 0{,}05\ \mathrm{моль}$$По уравнению реакции $\mathrm{ZnO}$ и $\mathrm{CO}$ реагируют в соотношении 1:1. Угарный газ полностью израсходован, поэтому прореагировало $0{,}05$ моль $\mathrm{ZnO}$, а в твёрдом остатке осталось $0{,}15$ моль $\mathrm{ZnO}$ и образовалось $0{,}05$ моль $\mathrm{Zn}$.
При растворении остатка в растворе щёлочи протекают реакции:
$$\mathrm{ZnO + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]}$$Цинк также реагирует с гидроксидом натрия с выделением водорода:
$$\mathrm{Zn + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4] + H_2}$$Общее количество вещества гидроксида натрия, израсходованного на растворение остатка:
$$n(\mathrm{NaOH}) = 2\left(0{,}15 + 0{,}05\right) = 0{,}40\ \mathrm{моль}$$Масса гидроксида натрия в исходном растворе и его количество вещества:
$$m_0(\mathrm{NaOH}) = 60\ \mathrm{г} \cdot 0{,}40 = 24\ \mathrm{г};\quad n_0(\mathrm{NaOH}) = \frac{24\ \mathrm{г}}{40\ \mathrm{г/моль}} = 0{,}60\ \mathrm{моль}$$В растворе после реакции останется $0{,}60 - 0{,}40 = 0{,}20$ моль гидроксида натрия, то есть:
$$m(\mathrm{NaOH}) = 0{,}20\ \mathrm{моль} \cdot 40\ \mathrm{г/моль} = 8\ \mathrm{г}$$Масса твёрдого остатка до растворения:
$$m(\mathrm{остатка}) = 0{,}15\cdot81 + 0{,}05\cdot65 = 15{,}4\ \mathrm{г}$$По уравнению реакции цинка с щёлочью образуется $0{,}05$ моль водорода. Его масса равна $0{,}10$ г. Поэтому масса образовавшегося раствора:
$$m(\mathrm{р-ра}) = 60 + 15{,}4 - 0{,}10 = 75{,}3\ \mathrm{г}$$Рассчитаем массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе:
$$\omega(\mathrm{NaOH}) = \frac{8}{75{,}3}\cdot100\% \approx 10{,}6\%$$Массовая доля гидроксида натрия в образовавшемся растворе составляет примерно 10,6%.
Бұл жауап талдау нәтижесінде алынды, бірақ банктің ресми кілтімен тексерілген жоқ — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что весь оксид цинка прореагировал с угарным газом, не учитывая недостаток угарного газа.
Не учитывать расход гидроксида натрия на растворение как оксида цинка, так и металлического цинка.
Не учитывать выделение водорода при растворении цинка и прибавлять к массе раствора всю массу твёрдого остатка.
Рассчитывать массовую долю по массе исходного раствора, а не по массе образовавшегося раствора.