При некоторой температуре приготовили насыщенный раствор гидроксида натрия. Полученный раствор перелили в пустую колбу, при этом масса колбы увеличилась на 64 г. В образовавшийся раствор поместили навеску фосфида цинка массой 25,7 г. После прекращения выделения газа к образовавшемуся прозрачному раствору прилили 137,2 г 50%-ного раствора серной кислоты. Вычислите массовую долю сульфата цинка в конечном растворе. В условиях, при которых были проведены реакции, растворимость гидроксида натрия составляет 100 г на 100 г воды, сульфата цинка — 57,7 г на 100 г воды, растворимость сульфата натрия — 28 г на 100 г воды.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
1) 6NaOH
2) Na2[Zn(OH)4]
3) 2NaOH
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Определение количеств исходных реагентов:
m(р-ра NaOH по растворимости) = m(NaOH по растворимости) + m(H2O по растворимости) = 100 + 100 = 200 г
m(р-ра NaOH) = m(увеличения колбы) = 64 г
m(NaOH) / m(р-ра NaOH) = m(NaOH по растворимости) / m(р-ра NaOH по растворимости)
m(NaOH) = m(р-ра NaOH) · m(NaOH по растворимости) / m(р-ра NaOH по растворимости) = 64 · 100 / 200 = 32 г
n(NaOH) = m(NaOH) / M(NaOH) = 32 / 40 = 0,8 моль
n(Zn3P2) = m(Zn3P2) / M(Zn3P2) = 25,7 / 257 = 0,1 моль
m(H2SO4) = m(р-ра H2SO4) / 100 % · ω(H2SO4) = 137,2 / 100 % · 50 % = 68,6 г
n(H2SO4) = m(H2SO4) / M(H2SO4) = 68,6 / 98 = 0,7 моль
Определение количеств веществ в первой реакции:
В первой реакции NaOH взят в избытке.
n(NaOH прореаг. 1) = n(Zn3P2) / 1 · 6 = 0,1 · 6 = 0,6 моль
n(NaOH ост.) = n(NaOH) - n(NaOH прореаг. 1) = 0,8 - 0,6 = 0,2 моль
n(Na2[Zn(OH)4]) = n(Zn3P2) / 1 · 3 = 0,1 · 3 = 0,3 моль
Определение количеств веществ во второй и третьей реакции:
n(H2SO4 прореаг. 2) = n(Na2[Zn(OH)4]) / 1 · 2 = 0,3 · 2 = 0,6 моль
n(H2SO4 прореаг. 3) = n(NaOH ост.) / 2 · 1 = 0,2 / 2 = 0,1 моль
n(H2SO4 прореаг.) = n(H2SO4 прореаг. 2) + n(H2SO4 прореаг. 3) = 0,6 + 0,1 = 0,7 моль
n(H2SO4 ост.) = n(H2SO4) - n(H2SO4 прореаг.) = 0,7 - 0,7 = 0 моль
Во второй и третьей реакции все реагенты тратятся полностью.
Определение масс образовавшихся солей:
n(Na2SO4 реакция 2) = n(Na2[Zn(OH)4]) / 1 · 1 = 0,3 моль
n(Na2SO4 реакция 3) = n(NaOH ост.) / 2 · 1 = 0,2 / 2 = 0,1 моль
n(Na2SO4) = n(Na2SO4 реакция 2) + n(Na2SO4 реакция 3) = 0,3 + 0,1 = 0,4 моль
m(Na2SO4) = n(Na2SO4) · M(Na2SO4) = 0,4 · 142 = 56,8 г
n(ZnSO4) = n(Na2[Zn(OH)4]) / 1 · 1 = 0,3 моль
m(ZnSO4) = n(ZnSO4) · M(ZnSO4) = 0,3 · 161 = 48,3 г
Определение массы воды в конечном растворе:
m(H2O из р-ра NaOH) = m(р-ра NaOH) - m(NaOH) = 64 - 32 = 32 г
m(H2O из р-ра H2SO4) = m(р-ра H2SO4) - m(H2SO4) = 137,2 - 68,6 = 68,6 г
n(H2O прореаг. 1) = n(Zn3P2) / 1 · 6 = 0,1 · 6 = 0,6 моль
m(H2O прореаг. 1) = n(H2O прореаг. 1) · M(H2O) = 0,6 · 18 = 10,8 г
n(H2O обр. 2) = n(Na2[Zn(OH)4]) / 1 · 4 = 0,3 · 4 = 1,2 моль
m(H2O обр. 2) = n(H2O обр. 2) · M(H2O) = 1,2 · 18 = 21,6 г
n(H2O обр. 3) = n(NaOH ост.) / 2 · 2 = 0,2 / 2 · 2 = 0,2 моль
m(H2O обр. 3) = n(H2O обр. 3) · M(H2O) = 0,2 · 18 = 3,6 г
m(H2O конечн.) = m(H2O из р-ра NaOH) + m(H2O из р-ра H2SO4) - m(H2O прореаг. 1) + m(H2O обр. 2) + m(H2O обр. 3) = 32 + 68,6 - 10,8 + 21,6 + 3,6 = 115 г
Определение массы осадков:
m(ZnSO4 максимальная в р-ре) / m(H2O конеч.) = m(ZnSO4 по растворимости) / m(H2O по растворимости)
m(ZnSO4 максимальная в р-ре) = m(H2O конеч.) · m(ZnSO4 по растворимости) / m(H2O по растворимости) = 115 · 57,7 / 100 = 66,355 г
m(ZnSO4) < m(ZnSO4 максимальная в р-ре), так как 48,3 г < 66,355 г, значит ZnSO4 не выпадает в осадок.
m(Na2SO4 максимальная в р-ре) / m(H2O конеч.) = m(Na2SO4 по растворимости) / m(H2O по растворимости)
m(Na2SO4 максимальная в р-ре) = m(H2O конеч.) · m(Na2SO4 по растворимости) / m(H2O по растворимости) = 115 · 28 / 100 = 32,2 г
m(Na2SO4) > m(Na2SO4 максимальная в р-ре), так как 56,8 г > 32,2 г, значит Na2SO4 частично выпадает в осадок.
m(Na2SO4 осадок) = m(Na2SO4) - m(Na2SO4 максимальная в р-ре) = 56,8 - 32,2 = 24,6 г
Определение массы конечного раствора и массовой доли ZnSO4:
n(PH3) = n(Zn3P2) / 1 · 2 = 0,1 · 2 = 0,2 моль
m(PH3) = n(PH3) · M(PH3) = 0,2 · 34 = 6,8 г
m(конечного р-ра) = m(р-ра NaOH) + m(Zn3P2) + m(р-ра H2SO4) - m(PH3) - m(Na2SO4 осадок) = 64 + 25,7 + 137,2 - 6,8 - 24,6 = 195,5 г
ω(ZnSO4) = m(ZnSO4) / m(конечного р-ра) · 100 % = 48,3 / 195,5 · 100 % = 24,7 %
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: ω(ZnSO4) = 24,7 %
Получен правильный ответ.