Решение: Массовая доля кислоты после реакций
При растворении в воде 114,8 г цинкового купороса ($\mathrm{ZnSO_4 \cdot 7H_2O}$) получили 10%-ный раствор соли. К полученному раствору добавили 12 г магния. После завершения реакции к полученной смеси прибавили 365 г 20%-ного раствора хлороводородной кислоты. Определите массовую долю кислоты в образовавшемся растворе. Процессами гидролиза пренебречь.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Решение по шагам
10 шаговМолярная масса кристаллогидрата равна $287\ \text{г/моль}$. Найдём количество вещества цинкового купороса:
$$n(\mathrm{ZnSO_4 \cdot 7H_2O})=\frac{114{,}8\ \text{г}}{287\ \text{г/моль}}=0{,}4\ \text{моль}$$При растворении кристаллогидрата образуется $0{,}4$ моль сульфата цинка. Количество вещества магния:
$$n(\mathrm{Mg})=\frac{12\ \text{г}}{24\ \text{г/моль}}=0{,}5\ \text{моль}$$Магний вытесняет цинк из раствора сульфата цинка:
$$\mathrm{Mg + ZnSO_4 \rightarrow MgSO_4 + Zn}$$Сульфат цинка находится в недостатке, поэтому реагирует $0{,}4$ моль магния. Образуется $0{,}4$ моль цинка, а магний остаётся в избытке:
$$n(\mathrm{Mg_{изб.}})=0{,}5-0{,}4=0{,}1\ \text{моль}$$В добавленном растворе содержится хлороводородная кислота:
$$m(\mathrm{HCl})=365\ \text{г}\cdot 0{,}20=73\ \text{г};\quad n(\mathrm{HCl})=\frac{73\ \text{г}}{36{,}5\ \text{г/моль}}=2\ \text{моль}$$И магний, и цинк реагируют с хлороводородной кислотой:
$$\mathrm{Mg+2HCl\rightarrow MgCl_2+H_2};\quad \mathrm{Zn+2HCl\rightarrow ZnCl_2+H_2}$$Всего с кислотой реагирует $0{,}1+0{,}4=0{,}5$ моль металлов. На реакцию расходуется:
$$n_{\text{расх.}}(\mathrm{HCl})=2\cdot 0{,}5=1\ \text{моль}$$Количество и масса оставшейся хлороводородной кислоты:
$$n_{\text{ост.}}(\mathrm{HCl})=2-1=1\ \text{моль};\quad m_{\text{ост.}}(\mathrm{HCl})=1\cdot 36{,}5=36{,}5\ \text{г}$$При взаимодействии $0{,}5$ моль металлов выделяется $0{,}25$ моль водорода, то есть $0{,}5$ г. Масса конечного раствора равна:
$$m_{\text{р-ра}}=1148\ \text{г}+12\ \text{г}+365\ \text{г}-0{,}5\ \text{г}=1524{,}5\ \text{г}$$Массовая доля оставшейся хлороводородной кислоты:
$$w(\mathrm{HCl})=\frac{36{,}5\ \text{г}}{1524{,}5\ \text{г}}\cdot 100\%=2{,}39\%$$Массовая доля хлороводородной кислоты в образовавшемся растворе равна $2{,}39\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывают, что после вытеснения цинка избыток магния и образовавшийся цинк реагируют с хлороводородной кислотой.
Считают массу конечного раствора равной сумме масс исходных веществ без вычитания массы выделившегося водорода.
Используют массу соли без учёта кристаллизационной воды при расчёте количества вещества кристаллогидрата.