Номер 42, страница 107 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

10. Металлы. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 42, страница 107.

Условие.

42. Цинковую пластину массой 60 г поместили в раствор массой 200 г с массовой долей нитрата свинца(II) 6,62 %. Определите массу пластины после окончания реакции.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{\text{пластины, нач}} = 60 \text{ г}$

$m_{\text{раствора}} = 200 \text{ г}$

$\omega (Pb(NO_3)_2) = 6,62 \% = 0.0662$

Перевод в систему СИ:

$m_{\text{пластины, нач}} = 0.06 \text{ кг}$

$m_{\text{раствора}} = 0.2 \text{ кг}$

Найти:

$m_{\text{пластины, кон}}$

Решение:

1. Цинк является более активным металлом, чем свинец, поэтому он будет вытеснять свинец из раствора его соли. Запишем уравнение химической реакции:

$Zn + Pb(NO_3)_2 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + Pb$

В ходе реакции цинк с поверхности пластины переходит в раствор, а свинец из раствора осаждается на пластине.

2. Рассчитаем массу нитрата свинца(II), содержащегося в растворе:

$m(Pb(NO_3)_2) = m_{\text{раствора}} \times \omega(Pb(NO_3)_2) = 200 \text{ г} \times 0.0662 = 13.24 \text{ г}$

3. Для проведения расчетов нам понадобятся молярные массы веществ:

Молярная масса цинка: $M(Zn) \approx 65 \text{ г/моль}$

Молярная масса свинца: $M(Pb) \approx 207 \text{ г/моль}$

Молярная масса нитрата свинца(II): $M(Pb(NO_3)_2) = 207 + 2 \times (14 + 3 \times 16) = 331 \text{ г/моль}$

4. Определим количество вещества (моль) исходных реагентов, чтобы найти, какой из них находится в недостатке.

Количество вещества цинка в пластине:

$n(Zn) = \frac{m_{\text{пластины, нач}}}{M(Zn)} = \frac{60 \text{ г}}{65 \text{ г/моль}} \approx 0.923 \text{ моль}$

Количество вещества нитрата свинца(II) в растворе:

$n(Pb(NO_3)_2) = \frac{m(Pb(NO_3)_2)}{M(Pb(NO_3)_2)} = \frac{13.24 \text{ г}}{331 \text{ г/моль}} = 0.04 \text{ моль}$

5. Сравним количество вещества реагентов. Согласно уравнению реакции, цинк и нитрат свинца(II) реагируют в мольном соотношении 1:1. Поскольку $n(Zn) > n(Pb(NO_3)_2)$ ($0.923 \text{ моль} > 0.04 \text{ моль}$), цинк взят в избытке, а нитрат свинца(II) является лимитирующим реагентом. Это означает, что реакция закончится, когда весь нитрат свинца(II) прореагирует. Дальнейшие расчеты будем вести по недостатку, то есть по $Pb(NO_3)_2$.

6. По стехиометрии реакции, количество прореагировавшего цинка и образовавшегося свинца равно количеству прореагировавшего нитрата свинца(II):

$n(Zn)_{\text{прореаг.}} = n(Pb)_{\text{осевшего}} = n(Pb(NO_3)_2) = 0.04 \text{ моль}$

7. Рассчитаем массу цинка, которая ушла с пластины в раствор, и массу свинца, которая осела на пластину.

Масса прореагировавшего цинка:

$m(Zn)_{\text{прореаг.}} = n(Zn)_{\text{прореаг.}} \times M(Zn) = 0.04 \text{ моль} \times 65 \text{ г/моль} = 2.6 \text{ г}$

Масса осевшего на пластину свинца:

$m(Pb)_{\text{осевшего}} = n(Pb)_{\text{осевшего}} \times M(Pb) = 0.04 \text{ моль} \times 207 \text{ г/моль} = 8.28 \text{ г}$

8. Конечная масса пластины равна начальной массе минус масса растворившегося цинка плюс масса осевшего свинца:

$m_{\text{пластины, кон.}} = m_{\text{пластины, нач}} - m(Zn)_{\text{прореаг.}} + m(Pb)_{\text{осевшего}}$

$m_{\text{пластины, кон.}} = 60 \text{ г} - 2.6 \text{ г} + 8.28 \text{ г} = 65.68 \text{ г}$

Ответ: масса пластины после окончания реакции составит 65,68 г.