34. Расчеты массовой доли химического соединения в смеси: #274506

$Zn+H_2SO_4\rightarrow ZnSO_4+H_2\uparrow$

$ZnCO_3+H_2SO_4\rightarrow ZnSO_4+CO_2\uparrow+H_2O$

$ZnSO_4+2NaOH\rightarrow Zn(OH)_2\downarrow+Na_2SO_4$

$Zn(OH)_2+2NaOH\rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$

Пусть количество вещества цинка равно $x$ $моль$, а количество вещества карбоната цинка равно $y$ $моль$.

Тогда число атомов цинка пропорционально: $x+y$

Число атомов кислорода пропорционально: $3y$

По условию: $\frac{x+y}{3y}=\frac{5}{6}$

$6x+6y=15y$

$6x=9y$

$x=1{,}5y$

Количество вещества смеси газов:

$n_{газов}=\frac{22{,}4}{22{,}4}=1$ $моль$

По уравнениям реакций:

$n(H_2)=n(Zn)=x$

$n(CO_2)=n(ZnCO_3)=y$

Следовательно:

$x+y=1$

$1{,}5y+y=1$

$2{,}5y=1$

$y=0{,}4$ $моль$

$x=1{,}5\cdot0{,}4=0{,}6$ $моль$

Количество вещества цинка:

$n(Zn)=0{,}6$ $моль$

Количество вещества карбоната цинка:

$n(ZnCO_3)=0{,}4$ $моль$

Масса цинка:

$m(Zn)=0{,}6\cdot65=39$ $г$

Масса карбоната цинка:

$m(ZnCO_3)=0{,}4\cdot125=50$ $г$

Масса исходной смеси:

$m_{смеси}=39+50=89$ $г$

Количество вещества сульфата цинка, образовавшегося в растворе:

$n(ZnSO_4)=n(Zn)+n(ZnCO_3)=0{,}6+0{,}4=1$ $моль$

Масса гидроксида натрия в добавленном растворе:

$m(NaOH)=500\cdot0{,}40=200$ $г$

Количество вещества гидроксида натрия:

$n(NaOH)=\frac{200}{40}=5$ $моль$

Для осаждения гидроксида цинка требуется:

$n(NaOH)=2n(ZnSO_4)=2\cdot1=2$ $моль$

Для растворения гидроксида цинка в избытке щёлочи требуется:

$n(NaOH)=2n(Zn(OH)_2)=2\cdot1=2$ $моль$

Всего на реакции с сульфатом цинка требуется:

$n(NaOH\ прореаг.)=2+2=4$ $моль$

Так как гидроксид натрия взят в избытке, осадок $Zn(OH)_2$ полностью растворяется.

Количество вещества сульфата натрия:

$n(Na_2SO_4)=n(ZnSO_4)=1$ $моль$

Масса сульфата натрия:

$m(Na_2SO_4)=1\cdot142=142$ $г$

Масса водорода, выделившегося при растворении цинка:

$m(H_2)=0{,}6\cdot2=1{,}2$ $г$

Масса углекислого газа, выделившегося при растворении карбоната цинка:

$m(CO_2)=0{,}4\cdot44=17{,}6$ $г$

Масса конечного раствора:

$m_{р-ра}=500+89+500-1{,}2-17{,}6=1070{,}2$ $г$

Массовая доля сульфата натрия в конечном растворе:

$\omega(Na_2SO_4)=\frac{142}{1070{,}2}\cdot100\%=13{,}27\%$.