Решение: Массовая доля нитрата натрия
При нагревании образца нитрата цинка часть вещества разложилась. При этом выделилось $5{,}6\ \text{л}$ (в пересчёте на н.у.) смеси газов. Масса твёрдого остатка составила $64{,}8\ \text{г}$. Остаток полностью растворили в минимальном объёме $28\%$-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю нитрата натрия в полученном растворе.
Запишите уравнения реакций, указанных в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления с единицами измерения искомых физических величин.
Решение по шагам
13 шаговПри нагревании нитрат цинка разлагается с образованием диоксида азота и кислорода:
$$2\mathrm{Zn(NO_3)_2} \rightarrow 2\mathrm{ZnO}+4\mathrm{NO_2}+\mathrm{O_2}$$Количество выделившейся газовой смеси при н.у. равно:
$$n_{\text{газов}}=\dfrac{5{,}6\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}}=0{,}25\ \text{моль}$$Из уравнения реакции на 2 моль разложившегося нитрата цинка приходится 5 моль газов. Поэтому количество разложившегося нитрата цинка:
$$n_{\mathrm{Zn(NO_3)_2,разл}}=0{,}25\cdot\dfrac{2}{5}=0{,}10\ \text{моль}$$Количество образовавшегося оксида цинка равно количеству разложившегося нитрата цинка:
$$n_{\mathrm{ZnO}}=0{,}10\ \text{моль};\quad m_{\mathrm{ZnO}}=0{,}10\cdot81=8{,}1\ \text{г}$$Масса оставшегося нитрата цинка в твёрдом остатке:
$$m_{\mathrm{Zn(NO_3)_2}}=64{,}8-8{,}1=56{,}7\ \text{г}$$Количество оставшегося нитрата цинка:
$$n_{\mathrm{Zn(NO_3)_2}}=\dfrac{56{,}7}{189}=0{,}30\ \text{моль}$$Оксид цинка растворяется в избытке гидроксида натрия с образованием растворимого комплексного соединения:
$$\mathrm{ZnO}+2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H_2O}\rightarrow\mathrm{Na_2[Zn(OH)_4]}$$Нитрат цинка реагирует с гидроксидом натрия с образованием тетрагидроксоцинката натрия и нитрата натрия:
$$\mathrm{Zn(NO_3)_2}+4\mathrm{NaOH}\rightarrow\mathrm{Na_2[Zn(OH)_4]}+2\mathrm{NaNO_3}$$Количество нитрата натрия в полученном растворе:
$$n_{\mathrm{NaNO_3}}=2\cdot0{,}30=0{,}60\ \text{моль};\quad m_{\mathrm{NaNO_3}}=0{,}60\cdot85=51\ \text{г}$$Для растворения остатка потребуется количество гидроксида натрия:
$$n_{\mathrm{NaOH}}=2\cdot0{,}10+4\cdot0{,}30=1{,}40\ \text{моль}$$Масса чистого гидроксида натрия и масса 28%-ного раствора:
$$m_{\mathrm{NaOH}}=1{,}40\cdot40=56\ \text{г};\quad m_{\text{р-ра}}=\dfrac{56}{0{,}28}=200\ \text{г}$$Так как при растворении веществ газообразные продукты не выделяются, масса полученного раствора равна сумме масс твёрдого остатка и раствора гидроксида натрия:
$$m_{\text{р-ра, итог}}=64{,}8+200=264{,}8\ \text{г}$$Массовая доля нитрата натрия в полученном растворе:
$$w(\mathrm{NaNO_3})=\dfrac{51}{264{,}8}\cdot100\%=19{,}27\%$$Массовая доля нитрата натрия в полученном растворе равна $19{,}27\%$ (примерно $19{,}3\%$).
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывать, что при разложении нитрата цинка образуется смесь из $\mathrm{NO_2}$ и $\mathrm{O_2}$.
Использовать массу всего твёрдого остатка как массу $\mathrm{ZnO}$.
Записать реакцию нитрата цинка с недостаточным количеством щёлочи без образования растворимого комплексного соединения.
Рассчитать массу раствора гидроксида натрия как массу чистого $\mathrm{NaOH}$, не учитывая массовую долю $28\%$.
Взять в знаменателе только массу добавленного раствора щёлочи, не прибавив массу твёрдого остатка.