Номер 4, страница 99, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 4. На растворение смеси цинка и оксида цинка израсходовано 132,8 мл 20%-ного раствора соляной кислоты ($\rho= 1,1 \text{г/мл}$). Вы- делившийся после сжигания газ образует 3,6 г воды. Определите массовую долю металла в смеси.

Ответ: 44,5%.

Дано:

Смесь $Zn$ и $ZnO$.

$V(\text{р-ра HCl}) = 132,8 \text{ мл}$

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

$\rho(\text{р-ра HCl}) = 1,1 \text{ г/мл}$

$m(\text{H}_2\text{O}) = 3,6 \text{ г}$ (образовалась после сжигания газа)

Перевод в СИ:

$V(\text{р-ра HCl}) = 132,8 \text{ мл} = 132,8 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 1,328 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$

$\rho(\text{р-ра HCl}) = 1,1 \text{ г/мл} = 1100 \text{ кг/м}^3$

$m(\text{H}_2\text{O}) = 3,6 \text{ г} = 3,6 \cdot 10^{-3} \text{ кг}$

Найти:

$\omega(Zn)$ в смеси — ?

Решение:

1. Запишем уравнения химических реакций, происходящих при растворении смеси в соляной кислоте:

Только цинк реагирует с кислотой с выделением газа (водорода):

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$ (1)

Оксид цинка также реагирует с кислотой, но без выделения газа:

$Zno + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$ (2)

Выделившийся газ (водород) сжигают, в результате чего образуется вода:

$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ (3)

2. Найдем количество вещества (моль) водорода, который выделился в реакции (1). Для этого используем данные о массе воды, полученной при его сжигании.

Молярная масса воды $M(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$.

Количество вещества воды:

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{3,6 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции (3), из 2 моль $H_2$ образуется 2 моль $H_2O$. Следовательно, $n(H_2) = n(H_2O)$.

$n(H_2) = 0,2 \text{ моль}$

3. Зная количество вещества водорода, найдем количество вещества и массу цинка в исходной смеси. Водород образовался только в реакции (1).

По уравнению реакции (1), $n(Zn) = n(H_2)$.

$n(Zn) = 0,2 \text{ моль}$

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

Масса цинка в смеси:

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

4. Рассчитаем общее количество вещества соляной кислоты, израсходованной на обе реакции.

Масса раствора соляной кислоты:

$m(\text{р-ра HCl}) = V(\text{р-ра HCl}) \cdot \rho(\text{р-ра HCl}) = 132,8 \text{ мл} \cdot 1,1 \text{ г/мл} = 146,08 \text{ г}$

Масса чистой соляной кислоты ($HCl$):

$m(HCl) = m(\text{р-ра HCl}) \cdot \omega(HCl) = 146,08 \text{ г} \cdot 0,2 = 29,216 \text{ г}$

Молярная масса $HCl$: $M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$.

Общее количество вещества $HCl$:

$n_{общ}(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{29,216 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 0,8 \text{ моль}$

5. Найдем количество вещества $HCl$, которое вступило в реакцию с оксидом цинка.

Количество $HCl$, прореагировавшее с цинком (реакция 1):

$n_1(HCl) = 2 \cdot n(Zn) = 2 \cdot 0,2 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

Количество $HCl$, прореагировавшее с оксидом цинка (реакция 2):

$n_2(HCl) = n_{общ}(HCl) - n_1(HCl) = 0,8 \text{ моль} - 0,4 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

6. Зная количество $HCl$, прореагировавшего с $ZnO$, найдем количество вещества и массу оксида цинка в смеси.

По уравнению реакции (2), $n(ZnO) = \frac{1}{2} n_2(HCl)$.

$n(ZnO) = \frac{1}{2} \cdot 0,4 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

Молярная масса оксида цинка $M(ZnO) = 65 + 16 = 81 \text{ г/моль}$.

Масса оксида цинка в смеси:

$m(ZnO) = n(ZnO) \cdot M(ZnO) = 0,2 \text{ моль} \cdot 81 \text{ г/моль} = 16,2 \text{ г}$

7. Определим массовую долю металла (цинка) в исходной смеси.

Масса всей смеси:

$m(\text{смеси}) = m(Zn) + m(ZnO) = 13,0 \text{ г} + 16,2 \text{ г} = 29,2 \text{ г}$

Массовая доля цинка:

$\omega(Zn) = \frac{m(Zn)}{m(\text{смеси})} \cdot 100\% = \frac{13,0 \text{ г}}{29,2 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 44,52\%$

Округляя до десятых, получаем 44,5%.

Ответ: массовая доля металла в смеси составляет 44,5%.