Номер 8, страница 230 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Готовимся к ЕГЭ. Глово 7. Химия в нашей жизни - номер 8, страница 230.

Условие.

8. Смесь, состоящую из 13 г порошка цинка и 3,2 г серы, прокалили без доступа воздуха. Полученную смесь затем растворили в 146 г 20%-го раствора соляной кислоты. Определите массовую долю хлороводорода в растворе после реакций.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(Zn) = 13$ г

$m(S) = 3,2$ г

$m(\text{р-ра } HCl) = 146$ г

$\omega(HCl) = 20\% = 0,2$

Найти:

$\omega(HCl)_{\text{конечная}}$ - ?

Решение:

1. Сначала определим состав смеси, полученной после прокаливания цинка с серой. Запишем уравнение реакции:

$Zn + S \xrightarrow{t} ZnS$

Найдем количество вещества (моль) исходных реагентов, используя их молярные массы:

$M(Zn) = 65$ г/моль

$M(S) = 32$ г/моль

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

$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{3,2 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, цинк и сера реагируют в мольном соотношении 1:1. Сравнивая количества веществ, видим, что $n(S) < n(Zn)$ ($0,1 < 0,2$). Следовательно, сера находится в недостатке и прореагирует полностью, а цинк — в избытке. Расчеты продуктов реакции ведем по недостатку (по сере).

Количество вещества прореагировавшего цинка равно количеству вещества серы:

$n(Zn)_{\text{прореаг.}} = n(S) = 0,1 \text{ моль}$

Количество вещества образовавшегося сульфида цинка ($ZnS$):

$n(ZnS) = n(S) = 0,1 \text{ моль}$

Количество вещества оставшегося (непрореагировавшего) цинка:

$n(Zn)_{\text{ост.}} = n(Zn)_{\text{исх.}} - n(Zn)_{\text{прореаг.}} = 0,2 \text{ моль} - 0,1 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

Таким образом, после прокаливания получена смесь, состоящая из 0,1 моль $ZnS$ и 0,1 моль $Zn$.

2. Далее эту смесь растворяют в соляной кислоте. Оба компонента смеси реагируют с $HCl$:

$ZnS + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2S \uparrow$

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

Найдем начальное количество вещества хлороводорода в растворе:

$m(HCl)_{\text{исх.}} = m(\text{р-ра } HCl) \times \omega(HCl) = 146 \text{ г} \times 0,2 = 29,2 \text{ г}$

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5$ г/моль

$n(HCl)_{\text{исх.}} = \frac{m(HCl)_{\text{исх.}}}{M(HCl)} = \frac{29,2 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} = 0,8 \text{ моль}$

Рассчитаем, сколько $HCl$ потребуется для полного растворения смеси:

По реакции с $ZnS$: $n_1(HCl) = 2 \times n(ZnS) = 2 \times 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

По реакции с $Zn$: $n_2(HCl) = 2 \times n(Zn)_{\text{ост.}} = 2 \times 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

Общее количество прореагировавшего $HCl$:

$n(HCl)_{\text{прореаг.}} = n_1(HCl) + n_2(HCl) = 0,2 \text{ моль} + 0,2 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

3. Определим конечный состав раствора и массовую долю $HCl$.

Найдем количество вещества $HCl$, оставшегося в растворе после реакций:

$n(HCl)_{\text{конеч.}} = n(HCl)_{\text{исх.}} - n(HCl)_{\text{прореаг.}} = 0,8 \text{ моль} - 0,4 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

Масса оставшегося хлороводорода:

$m(HCl)_{\text{конеч.}} = n(HCl)_{\text{конеч.}} \times M(HCl) = 0,4 \text{ моль} \times 36,5 \text{ г/моль} = 14,6 \text{ г}$

Теперь рассчитаем массу конечного раствора. Она равна массе исходного раствора кислоты плюс масса добавленной твердой смеси за вычетом массы выделившихся газов ($H_2S$ и $H_2$).

Масса добавленной твердой смеси равна сумме масс исходных компонентов:

$m(\text{смеси}) = m(Zn) + m(S) = 13 \text{ г} + 3,2 \text{ г} = 16,2 \text{ г}$

Масса выделившихся газов:

Из уравнений реакций следует, что $n(H_2S) = n(ZnS) = 0,1 \text{ моль}$ и $n(H_2) = n(Zn)_{\text{ост.}} = 0,1 \text{ моль}$.

$M(H_2S) = 2 \times 1 + 32 = 34$ г/моль

$M(H_2) = 2 \times 1 = 2$ г/моль

$m(H_2S) = n(H_2S) \times M(H_2S) = 0,1 \text{ моль} \times 34 \text{ г/моль} = 3,4 \text{ г}$

$m(H_2) = n(H_2) \times M(H_2) = 0,1 \text{ моль} \times 2 \text{ г/моль} = 0,2 \text{ г}$

Общая масса газов: $m(\text{газов}) = m(H_2S) + m(H_2) = 3,4 \text{ г} + 0,2 \text{ г} = 3,6 \text{ г}$

Масса конечного раствора:

$m(\text{р-ра})_{\text{конеч.}} = m(\text{р-ра } HCl)_{\text{исх.}} + m(\text{смеси}) - m(\text{газов})$

$m(\text{р-ра})_{\text{конеч.}} = 146 \text{ г} + 16,2 \text{ г} - 3,6 \text{ г} = 158,6 \text{ г}$

Наконец, рассчитаем массовую долю оставшегося хлороводорода в конечном растворе:

$\omega(HCl)_{\text{конеч.}} = \frac{m(HCl)_{\text{конеч.}}}{m(\text{р-ра})_{\text{конеч.}}} = \frac{14,6 \text{ г}}{158,6 \text{ г}} \approx 0,092055$

Переведем в проценты: $0,092055 \times 100\% \approx 9,21\%$

Ответ: 9,21%.