Номер 320, страница 226 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.320. При растворении сплава кремния и цинка в щёлочи выделилось 6,72 л водорода (н. у.), а при действии на такой же сплав соляной кислотой – 4,48 л газа (н. у.). Определите массу сплава и массовые доли элементов в сплаве.

Дано:

$V_1(H_2) = 6,72 \text{ л}$ (при реакции с щёлочью, н. у.)

$V_2(H_2) = 4,48 \text{ л}$ (при реакции с соляной кислотой, н. у.)

Сплав состоит из кремния (Si) и цинка (Zn)

$V_m = 22,4 \text{ л/моль}$ (молярный объём газа при н. у.)

$M(Si) = 28 \text{ г/моль}$

$M(Zn) = 65 \text{ г/моль}$

Найти:

$m(\text{сплава}) - ?$

$\omega(Si) - ?$

$\omega(Zn) - ?$

Решение:

1. Рассмотрим реакцию сплава с соляной кислотой. Кремний (Si) не реагирует с соляной кислотой, а цинк (Zn) реагирует с выделением водорода. Это позволяет нам определить количество цинка в сплаве.

Уравнение реакции цинка с соляной кислотой:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Найдем количество вещества (в молях) выделившегося водорода:

$n(H_2) = \frac{V_2(H_2)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, количество вещества цинка равно количеству вещества водорода ($n(Zn):n(H_2) = 1:1$):

$n(Zn) = n(H_2) = 0,2 \text{ моль}$

Теперь найдем массу цинка в сплаве:

$m(Zn) = n(Zn) \cdot M(Zn) = 0,2 \text{ моль} \cdot 65 \text{ г/моль} = 13,0 \text{ г}$

2. Рассмотрим реакцию сплава со щёлочью. И кремний, и цинк реагируют с раствором щёлочи, выделяя водород.

Уравнения реакций:

$Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2 \uparrow$ (1)

$Zn + 2NaOH \rightarrow Na_2ZnO_2 + H_2 \uparrow$ (2)

Найдем общее количество вещества водорода, выделившегося при реакции со щёлочью:

$n_{общ}(H_2) = \frac{V_1(H_2)}{V_m} = \frac{6,72 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

Это общее количество водорода ($n_{общ}(H_2)$) является суммой водорода, выделившегося из реакции с цинком ($n(H_2)_{\text{из Zn}}$), и водорода из реакции с кремнием ($n(H_2)_{\text{из Si}}$).

По уравнению реакции (2), количество водорода, выделившегося при реакции цинка со щёлочью, равно количеству вещества цинка, которое мы уже нашли:

$n(H_2)_{\text{из Zn}} = n(Zn) = 0,2 \text{ моль}$

Теперь можем найти количество вещества водорода, выделившегося в реакции с кремнием, вычитая из общего количества:

$n(H_2)_{\text{из Si}} = n_{общ}(H_2) - n(H_2)_{\text{из Zn}} = 0,3 \text{ моль} - 0,2 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

По уравнению реакции (1), количество вещества кремния в два раза меньше количества вещества выделившегося водорода ($n(Si):n(H_2) = 1:2$):

$n(Si) = \frac{1}{2} n(H_2)_{\text{из Si}} = \frac{1}{2} \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

Найдем массу кремния в сплаве:

$m(Si) = n(Si) \cdot M(Si) = 0,05 \text{ моль} \cdot 28 \text{ г/моль} = 1,4 \text{ г}$

3. Определим общую массу сплава и массовые доли элементов.

Масса сплава:

$m(\text{сплава}) = m(Si) + m(Zn) = 1,4 \text{ г} + 13,0 \text{ г} = 14,4 \text{ г}$

Массовые доли элементов в сплаве:

$\omega(Si) = \frac{m(Si)}{m(\text{сплава})} \cdot 100\% = \frac{1,4 \text{ г}}{14,4 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 9,72\%$

$\omega(Zn) = \frac{m(Zn)}{m(\text{сплава})} \cdot 100\% = \frac{13,0 \text{ г}}{14,4 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 90,28\%$

Ответ: масса сплава равна 14,4 г; массовая доля кремния ($\omega(Si)$) составляет 9,72%, массовая доля цинка ($\omega(Zn)$) — 90,28%.