Question

При растворении в воде 28,7 г цинкового купороса $\ce{ZnSO4 · 7H2O}$ получили 10%-ный раствор соли. К полученному раствору добавили 7,2 г магния. После завершения реакции к полученной смеси прибавили 120 г 30%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в образовавшемся растворе. (Процессами гидролиза пренебречь.) 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, определить лимитирующий реагент в первой реакции, рассчитать количества всех веществ, участвующих во второй и третьей реакциях, найти остаток щёлочи и вычислить её массовую долю в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{Mg + ZnSO4 -> Zn + MgSO4}$$

$$\ce{MgSO4 + 2NaOH -> Mg(OH)2 v + Na2SO4}$$

$$\ce{Zn + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2 ^}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество вещества кристаллогидрата и сульфата цинка:

$$n(\ce{ZnSO4 · 7H2O}) = \frac{28{,}7}{287} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$n(\ce{ZnSO4}) = 0{,}1 	ext{ моль}$$

2) Найдём массу $\ce{ZnSO4}$ и массу его раствора:

$$m(\ce{ZnSO4}) = 0{,}1 \cdot 161 = 16{,}1 	ext{ г}$$

$$m_{	ext{р-ра}}(\ce{ZnSO4}) = \frac{16{,}1}{0{,}1} = 161 	ext{ г}$$

3) Вычислим количество магния:

$$n(\ce{Mg}) = \frac{7{,}2}{24} = 0{,}3 	ext{ моль}$$

4) Определим лимитирующий реагент в первой реакции. Поскольку $\frac{0{,}1}{1} < \frac{0{,}3}{1}$, сульфат цинка находится в недостатке. Расчёты ведём по нему:

$$n(\ce{Zn}) = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$n(\ce{MgSO4}) = 0{,}1 	ext{ моль}$$

5) Найдём количество гидроксида натрия в добавленном растворе:

$$m(\ce{NaOH}) = 120 \cdot 0{,}3 = 36 	ext{ г}$$

$$n(\ce{NaOH}) = \frac{36}{40} = 0{,}9 	ext{ моль}$$

6) Вычислим количество щёлочи, израсходованное во второй и третьей реакциях:

$$n_{	ext{расход}}(\ce{NaOH}) 	ext{ во второй реакции} = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{расход}}(\ce{NaOH}) 	ext{ в третьей реакции} = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{ост}}(\ce{NaOH}) = 0{,}9 - 0{,}2 - 0{,}2 = 0{,}5 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост}}(\ce{NaOH}) = 0{,}5 \cdot 40 = 20 	ext{ г}$$

7) Определим массу конечного раствора. Количество прореагировавшего магния:

$$n_{	ext{прореаг}}(\ce{Mg}) = 0{,}1 	ext{ моль}, \quad m_{	ext{прореаг}}(\ce{Mg}) = 0{,}1 \cdot 24 = 2{,}4 	ext{ г}$$

Образовавшиеся осадок и газ:

$$n(\ce{Mg(OH)2}) = 0{,}1 	ext{ моль}, \quad m(\ce{Mg(OH)2}) = 0{,}1 \cdot 58 = 5{,}8 	ext{ г}$$

$$n(\ce{H2}) = 0{,}1 	ext{ моль}, \quad m(\ce{H2}) = 0{,}1 \cdot 2 = 0{,}2 	ext{ г}$$

Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн}}(	ext{р-ра}) = 161 + 2{,}4 + 120 - 5{,}8 - 0{,}2 = 277{,}4 	ext{ г}$$

8) Массовая доля гидроксида натрия в конечном растворе:

$$\omega(\ce{NaOH}) = \frac{20}{277{,}4} = 0{,}072 = 7{,}2\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии