Номер 109, страница 204 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.109. Сульфид цинка массой 48,5 г сожгли в избытке кислорода. Образовавшееся при этом твёрдое вещество растворили в 644 г 10%-го раствора гидроксида калия. Определите массовые доли веществ в полученном растворе.

Дано:

Найти:

Решение:

1. Запишем уравнение реакции сжигания сульфида цинка в избытке кислорода. При обжиге сульфидов образуются оксид металла и оксид серы(IV):

$2ZnS + 3O_2 \rightarrow 2ZnO + 2SO_2 \uparrow$

Твердым веществом, образовавшимся в результате реакции, является оксид цинка $ZnO$.

2. Рассчитаем количество вещества сульфида цинка ($ZnS$), вступившего в реакцию. Молярная масса $ZnS$:

$M(ZnS) = M(Zn) + M(S) = 65 \text{ г/моль} + 32 \text{ г/моль} = 97 \text{ г/моль}$

Количество вещества $ZnS$:

$n(ZnS) = \frac{m(ZnS)}{M(ZnS)} = \frac{48,5 \text{ г}}{97 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции найдем количество вещества и массу образовавшегося оксида цинка ($ZnO$).

Согласно уравнению, из 2 моль $ZnS$ образуется 2 моль $ZnO$, следовательно:

$n(ZnO) = n(ZnS) = 0,5 \text{ моль}$

Молярная масса $ZnO$:

$M(ZnO) = M(Zn) + M(O) = 65 \text{ г/моль} + 16 \text{ г/моль} = 81 \text{ г/моль}$

Масса $ZnO$:

$m(ZnO) = n(ZnO) \cdot M(ZnO) = 0,5 \text{ моль} \cdot 81 \text{ г/моль} = 40,5 \text{ г}$

4. Оксид цинка является амфотерным оксидом и реагирует с раствором щелочи. В водном растворе образуется комплексная соль - тетрагидроксоцинкат калия:

$ZnO + 2KOH + H_2O \rightarrow K_2[Zn(OH)_4]$

5. Определим массу и количество вещества гидроксида калия ($KOH$) в исходном растворе.

$m(KOH) = m(\text{р-ра } KOH) \cdot w(KOH) = 644 \text{ г} \cdot 0,1 = 64,4 \text{ г}$

Молярная масса $KOH$:

$M(KOH) = M(K) + M(O) + M(H) = 39 \text{ г/моль} + 16 \text{ г/моль} + 1 \text{ г/моль} = 56 \text{ г/моль}$

Количество вещества $KOH$:

$n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{64,4 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 1,15 \text{ моль}$

6. Определим, какое из веществ ($ZnO$ или $KOH$) находится в избытке. По уравнению реакции на 1 моль $ZnO$ требуется 2 моль $KOH$. Рассчитаем, сколько моль $KOH$ необходимо для реакции с 0,5 моль $ZnO$:

$n_{\text{необх.}}(KOH) = 2 \cdot n(ZnO) = 2 \cdot 0,5 \text{ моль} = 1,0 \text{ моль}$

Поскольку у нас есть 1,15 моль $KOH$, а требуется 1,0 моль, гидроксид калия находится в избытке, а оксид цинка прореагирует полностью.

7. Рассчитаем состав конечного раствора. В нем будут содержаться продукт реакции $K_2[Zn(OH)_4]$ и избыток $KOH$.

Количество вещества избыточного $KOH$:

$n_{\text{изб.}}(KOH) = n_{\text{исх.}}(KOH) - n_{\text{прореаг.}}(KOH) = 1,15 \text{ моль} - 1,0 \text{ моль} = 0,15 \text{ моль}$

Масса избыточного $KOH$:

$m_{\text{изб.}}(KOH) = n_{\text{изб.}}(KOH) \cdot M(KOH) = 0,15 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 8,4 \text{ г}$

Количество вещества образовавшегося тетрагидроксоцинката калия $K_2[Zn(OH)_4]$ равно количеству вещества прореагировавшего $ZnO$:

$n(K_2[Zn(OH)_4]) = n(ZnO) = 0,5 \text{ моль}$

Молярная масса $K_2[Zn(OH)_4]$:

$M(K_2[Zn(OH)_4]) = 2 \cdot 39 + 65 + 4 \cdot (16+1) = 78 + 65 + 68 = 211 \text{ г/моль}$

Масса $K_2[Zn(OH)_4]$:

$m(K_2[Zn(OH)_4]) = n(K_2[Zn(OH)_4]) \cdot M(K_2[Zn(OH)_4]) = 0,5 \text{ моль} \cdot 211 \text{ г/моль} = 105,5 \text{ г}$

8. Найдем массу конечного раствора. Она равна сумме масс исходного раствора $KOH$ и добавленного к нему оксида цинка $ZnO$:

$m(\text{конечн. р-ра}) = m(\text{р-ра } KOH) + m(ZnO) = 644 \text{ г} + 40,5 \text{ г} = 684,5 \text{ г}$

9. Рассчитаем массовые доли веществ в полученном растворе.

Массовая доля $K_2[Zn(OH)_4]$:

$w(K_2[Zn(OH)_4]) = \frac{m(K_2[Zn(OH)_4])}{m(\text{конечн. р-ра})} = \frac{105,5 \text{ г}}{684,5 \text{ г}} \approx 0,1541$

Массовая доля избыточного $KOH$:

$w_{\text{изб.}}(KOH) = \frac{m_{\text{изб.}}(KOH)}{m(\text{конечн. р-ра})} = \frac{8,4 \text{ г}}{684,5 \text{ г}} \approx 0,0123$

Ответ: Массовая доля тетрагидроксоцинката калия $K_2[Zn(OH)_4]$ в полученном растворе составляет 15,41%, а массовая доля гидроксида калия $KOH$ – 1,23%.