Question

При нагревании образца нитрата цинка часть вещества разложилась. При этом выделилось 5,6 л (в пересчёте на н.у.) смеси газов. Масса твёрдого остатка составила 64,8 г. Остаток полностью растворили в минимальном объёме 28%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю нитрата натрия в полученном 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: найти состав твёрдого остатка через анализ газовой смеси, затем проследить образование нитрата натрия при растворении остатка в щёлочи.

**Уравнения реакций:**

Разложение нитрата цинка при нагревании:

$$\ce{2Zn(NO3)2 ->[t] 2ZnO + 4NO2 ^ + O2 ^}$$

Растворение нитрата цинка в гидроксиде натрия:

$$\ce{Zn(NO3)2 + 4NaOH -> Na2[Zn(OH)4] + 2NaNO3}$$

Растворение оксида цинка в гидроксиде натрия:

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

**Расчёты:**

1) Вычислим количество вещества газовой смеси:

$$n_{	ext{смеси}} = \frac{V_{	ext{смеси}}}{V_m} = \frac{5{,}6}{22{,}4} = 0{,}25 	ext{ моль}$$

2) Определим состав газовой смеси. Из уравнения разложения видно, что $\ce{NO2}$ и $\ce{O2}$ выделяются в соотношении 4:1.

Пусть $n(\ce{O2}) = x$ моль, тогда $n(\ce{NO2}) = 4x$ моль.

$$n_{	ext{смеси}} = x + 4x = 0{,}25$$
$$x = 0{,}05 	ext{ моль}$$

Следовательно, $n(\ce{O2}) = 0{,}05$ моль.

3) Найдём количество вещества $\ce{ZnO}$, образовавшегося при разложении:

$$n(\ce{ZnO}) = 2n(\ce{O2}) = 2 \cdot 0{,}05 = 0{,}1 	ext{ моль}$$

4) Вычислим массу оксида цинка:

$$m(\ce{ZnO}) = n(\ce{ZnO}) \cdot M(\ce{ZnO}) = 0{,}1 \cdot 81 = 8{,}1 	ext{ г}$$

5) Найдём массу неразложившегося нитрата цинка в остатке:

$$m(\ce{Zn(NO3)2}) = m_{	ext{остатка}} - m(\ce{ZnO}) = 64{,}8 - 8{,}1 = 56{,}7 	ext{ г}$$

6) Вычислим количество вещества нитрата цинка:

$$n(\ce{Zn(NO3)2}) = \frac{m(\ce{Zn(NO3)2})}{M(\ce{Zn(NO3)2})} = \frac{56{,}7}{189} = 0{,}3 	ext{ моль}$$

7) Определим необходимое количество гидроксида натрия для растворения остатка:

Для растворения $\ce{Zn(NO3)2}$:
$$n_1(\ce{NaOH}) = 4n(\ce{Zn(NO3)2}) = 4 \cdot 0{,}3 = 1{,}2 	ext{ моль}$$

Для растворения $\ce{ZnO}$:
$$n_2(\ce{NaOH}) = 2n(\ce{ZnO}) = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

Общее количество:
$$n(\ce{NaOH}) = 1{,}2 + 0{,}2 = 1{,}4 	ext{ моль}$$

8) Вычислим массу раствора гидроксида натрия:

$$m(\ce{NaOH}) = n(\ce{NaOH}) \cdot M(\ce{NaOH}) = 1{,}4 \cdot 40 = 56 	ext{ г}$$

$$m_{	ext{р-ра NaOH}} = \frac{m(\ce{NaOH})}{\omega(\ce{NaOH})} = \frac{56}{0{,}28} = 200 	ext{ г}$$

9) Найдём количество вещества образовавшегося нитрата натрия:

$$n(\ce{NaNO3}) = 2n(\ce{Zn(NO3)2}) = 2 \cdot 0{,}3 = 0{,}6 	ext{ моль}$$

10) Вычислим массу нитрата натрия:

$$m(\ce{NaNO3}) = n(\ce{NaNO3}) \cdot M(\ce{NaNO3}) = 0{,}6 \cdot 85 = 51 	ext{ г}$$

11) Найдём массу конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн. р-ра}} = m_{	ext{остатка}} + m_{	ext{р-ра NaOH}} = 64{,}8 + 200 = 264{,}8 	ext{ г}$$

12) Вычислим массовую долю нитрата натрия:

$$\omega(\ce{NaNO3}) = \frac{m(\ce{NaNO3})}{m_{	ext{конечн. р-ра}}} = \frac{51}{264{,}8} = 0{,}1926 = 19{,}26\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии