Решение: Растворение остатка после разложения
При нагревании образца нитрата цинка часть вещества разложилась. В результате образовался твёрдый остаток, который разделили на две части. Первую часть массой 27 г обработали 87,2 г 20%-ного раствора сульфида натрия. При этом массовая доля сульфида натрия в растворе уменьшилась вдвое. Вторую часть массой 81 г полностью растворили в 202,5 г 40%-ного раствора бромоводородной кислоты. Вычислите массовую долю бромоводородной кислоты в образовавшемся растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Решение по шагам
11 шаговПри нагревании нитрат цинка разлагается с образованием оксида цинка:
$$2\mathrm{Zn(NO_3)_2}\xrightarrow{t}2\mathrm{ZnO}+4\mathrm{NO_2}+\mathrm{O_2}$$В твёрдом остатке находятся $\mathrm{ZnO}$ и непрореагировавший $\mathrm{Zn(NO_3)_2}$. Оба соединения цинка реагируют с сульфидом натрия с образованием осадка $\mathrm{ZnS}$:
$$\mathrm{ZnO+Na_2S+H_2O\rightarrow ZnS\downarrow+2NaOH};\quad \mathrm{Zn(NO_3)_2+Na_2S\rightarrow ZnS\downarrow+2NaNO_3}$$Масса сульфида натрия в исходном растворе равна:
$$m(\mathrm{Na_2S})=87{,}2\cdot0{,}20=17{,}44\ \text{г}$$Пусть $x$ моль — суммарное количество вещества соединений цинка в первой части. Тогда израсходовано $78x$ г сульфида натрия, а масса образовавшегося осадка сульфида цинка равна $97x$ г. После реакции массовая доля оставшегося сульфида натрия составляет 10%:
$$\frac{17{,}44-78x}{87{,}2+27-97x}=0{,}10$$Решаем уравнение:
$$17{,}44-78x=0{,}10(114{,}2-97x);\quad x=0{,}0881\ \text{моль}$$Масса 81 г второй части в три раза больше массы первой части, поэтому суммарное количество вещества соединений цинка во второй части равно:
$$n_2=3x=3\cdot0{,}0881=0{,}2644\ \text{моль}$$При растворении каждого соединения цинка расходуется по 2 моль бромоводородной кислоты на 1 моль соединения:
$$\mathrm{ZnO+2HBr\rightarrow ZnBr_2+H_2O};\quad \mathrm{Zn(NO_3)_2+2HBr\rightarrow ZnBr_2+2HNO_3}$$Масса бромоводородной кислоты в исходном растворе и её количество вещества:
$$m_0(\mathrm{HBr})=202{,}5\cdot0{,}40=81{,}0\ \text{г};\quad n_0(\mathrm{HBr})=\frac{81{,}0}{81}=1{,}00\ \text{моль}$$Количество и масса израсходованной кислоты:
$$n_{\text{расх}}(\mathrm{HBr})=2n_2=0{,}5288\ \text{моль};\quad m_{\text{расх}}(\mathrm{HBr})=0{,}5288\cdot81=42{,}83\ \text{г}$$В растворе осталось $81{,}0-42{,}83=38{,}17$ г бромоводородной кислоты. Общая масса образовавшегося раствора равна сумме масс исходного раствора кислоты и твёрдой части:
$$m_{\text{р-ра}}=202{,}5+81=283{,}5\ \text{г}$$Массовая доля бромоводородной кислоты в образовавшемся растворе:
$$\omega(\mathrm{HBr})=\frac{38{,}17}{283{,}5}\cdot100\%=13{,}46\%$$Массовая доля бромоводородной кислоты в образовавшемся растворе равна $13{,}46\%$ (примерно $13{,}5\%$).
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывают массу осадка $\mathrm{ZnS}$ при вычислении массы раствора после обработки первой части.
Считают, что на растворение соединения цинка требуется 1 моль $\mathrm{HBr}$ вместо 2 моль.
Используют массу 27 г вместо соотношения масс частей $81:27=3:1$.
Вычитают массу израсходованной кислоты из общей массы раствора, но не учитывают, что все продукты реакции остаются в растворе.