Question

Порошок цинка массой 13 г прокалили на воздухе и поместили в раствор, полученный после растворения в 300 мл воды 11,5 г натрия. Определите массовую долю веществ в образовавшемся растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: проследить цепочку реакций окисления цинка и взаимодействия натрия с водой, затем определить состав конечного раствора через стехиометрические расчёты.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{2Zn + O2 -> 2ZnO}$$

$$\ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^}$$

$$\ce{ZnO + 2NaOH + H2O -> Na2[Zn(OH)4]}$$

**Расчёты:**

Вычислим количество вещества цинка:

$$n(\ce{Zn}) = \frac{m(\ce{Zn})}{M(\ce{Zn})} = \frac{13}{65} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

По первому уравнению количество оксида цинка равно количеству цинка:

$$n(\ce{ZnO}) = n(\ce{Zn}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

Вычислим количество вещества натрия:

$$n(\ce{Na}) = \frac{m(\ce{Na})}{M(\ce{Na})} = \frac{11{,}5}{23} = 0{,}5 	ext{ моль}$$

По второму уравнению количество образовавшегося гидроксида натрия:

$$n(\ce{NaOH}) = n(\ce{Na}) = 0{,}5 	ext{ моль}$$

Гидроксид натрия находится в избытке для растворения оксида цинка (по третьему уравнению требуется 2 моль $\ce{NaOH}$ на 1 моль $\ce{ZnO}$, а имеется 0,5 моль).

Вычислим массу образовавшегося тетрагидроксоцинката натрия:

$$n(\ce{Na2[Zn(OH)4]}) = n(\ce{ZnO}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Na2[Zn(OH)4]}) = 0{,}2 	imes 179 = 35{,}8 	ext{ г}$$

Найдём количество прореагировавшего гидроксида натрия и остаток:

$$n_{	ext{прореаг}}(\ce{NaOH}) = 2 	imes n(\ce{ZnO}) = 2 	imes 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{ост}}(\ce{NaOH}) = 0{,}5 - 0{,}4 = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост}}(\ce{NaOH}) = 0{,}1 	imes 40 = 4 	ext{ г}$$

Вычислим массу конечного раствора. Сначала найдём массу выделившегося водорода:

$$n(\ce{H2}) = \frac{n(\ce{Na})}{2} = \frac{0{,}5}{2} = 0{,}25 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{H2}) = 0{,}25 	imes 2 = 0{,}5 	ext{ г}$$

Масса воды:

$$m(\ce{H2O}) = 1 	imes 300 = 300 	ext{ г}$$

Масса оксида цинка:

$$m(\ce{ZnO}) = 0{,}2 	imes 81 = 16{,}2 	ext{ г}$$

Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн. р-ра}} = 16{,}2 + 300 + 11{,}5 - 0{,}5 = 327{,}2 	ext{ г}$$

Определим массовые доли компонентов:

$$\omega(\ce{Na2[Zn(OH)4]}) = \frac{35{,}8}{327{,}2} = 0{,}1094 = 10{,}94\%$$

$$\omega_{	ext{ост}}(\ce{NaOH}) = \frac{4}{327{,}2} = 0{,}0122 = 1{,}22\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии