Question

Смесь, состоящую из 78 г порошка цинка и 32 г серы, прокалили без доступа воздуха, затем растворили в 365 г 30%-ного раствора соляной кислоты. Определите массовую долю кислоты 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: необходимо проследить цепочку реакций (синтез сульфида цинка, его взаимодействие с кислотой, реакция избыточного цинка с кислотой), определить лимитирующий реагент на каждом этапе и вычислить массовую долю оставшейся кислоты в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{Zn + S -> ZnS}$$

$$\ce{ZnS + 2HCl -> ZnCl2 + H2S ^}$$

$$\ce{Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2 ^}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество вещества цинка и серы:

$$n(\ce{Zn}) = \frac{m(\ce{Zn})}{M(\ce{Zn})} = \frac{78}{65} = 1{,}2 	ext{ моль}$$

$$n(\ce{S}) = \frac{m(\ce{S})}{M(\ce{S})} = \frac{32}{32} = 1 	ext{ моль}$$

2) Определим лимитирующий реагент в первой реакции. Сравним мольные отношения:

$$\frac{n(\ce{Zn})}{1} : \frac{n(\ce{S})}{1} = 1{,}2 : 1$$

Сера находится в недостатке, цинк — в избытке. Расчёты ведём по сере.

3) Найдём количество образовавшегося сульфида цинка и оставшегося цинка:

$$n(\ce{ZnS}) = n(\ce{S}) = 1 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{ост}}(\ce{Zn}) = n(\ce{Zn}) - n(\ce{S}) = 1{,}2 - 1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

4) Вычислим количество соляной кислоты в исходном растворе:

$$m(\ce{HCl}) = m_{	ext{р-ра}} \cdot \omega(\ce{HCl}) = 365 \cdot 0{,}3 = 109{,}5 	ext{ г}$$

$$n(\ce{HCl}) = \frac{m(\ce{HCl})}{M(\ce{HCl})} = \frac{109{,}5}{36{,}5} = 3 	ext{ моль}$$

5) Определим расход кислоты на обе реакции растворения:

На реакцию с сульфидом цинка:
$$n_{	ext{расх}}(\ce{HCl})_1 = 2 \cdot n(\ce{ZnS}) = 2 \cdot 1 = 2 	ext{ моль}$$

На реакцию с оставшимся цинком:
$$n_{	ext{расх}}(\ce{HCl})_2 = 2 \cdot n_{	ext{ост}}(\ce{Zn}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

Оставшееся количество кислоты:
$$n_{	ext{ост}}(\ce{HCl}) = 3 - 2 - 0{,}4 = 0{,}6 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост}}(\ce{HCl}) = 0{,}6 \cdot 36{,}5 = 21{,}9 	ext{ г}$$

6) Вычислим массу газов, выделившихся при реакциях:

Сероводород:
$$n(\ce{H2S}) = n(\ce{ZnS}) = 1 	ext{ моль}$$
$$m(\ce{H2S}) = 1 \cdot 34 = 34 	ext{ г}$$

Водород:
$$n(\ce{H2}) = n_{	ext{ост}}(\ce{Zn}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$
$$m(\ce{H2}) = 0{,}2 \cdot 2 = 0{,}4 	ext{ г}$$

7) Найдём массу конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн}}(	ext{р-ра}) = m(\ce{Zn}) + m(\ce{S}) + m_{	ext{р-ра}}(\ce{HCl}) - m(\ce{H2S}) - m(\ce{H2})$$

$$m_{	ext{конечн}}(	ext{р-ра}) = 78 + 32 + 365 - 34 - 0{,}4 = 440{,}6 	ext{ г}$$

8) Вычислим массовую долю оставшейся кислоты:

$$\omega(\ce{HCl}) = \frac{m_{	ext{ост}}(\ce{HCl})}{m_{	ext{конечн}}(	ext{р-ра})} = \frac{21{,}9}{440{,}6} = 0{,}0497 \approx 4{,}97\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии