При взаимодействии сульфата цинка с магнием протекает реакция замещения: Mg + ZnSO4 → MgSO4 + Zn (I)
Вычислим количество вещества сульфата цинка и магния, вступающих в реакцию (I): νисх.(ZnSO4 • 7H2O) = ν(ZnSO4) = mисх.(ZnSO4 • 7H2O)/M(ZnSO4 • 7H2O) = 57,4 г /287 г/моль = 0,2 моль; νисх.(Mg) = mисх.(Mg)/M(Mg) = 14,4 г/24 г/моль = 0,6 моль.
По уравнению реакции (I) νисх.(Mg) = ν(ZnSO4), а по условию задачи количество вещества сульфата цинка (0,2 моль ZnSO4 • 7H2O и 0,6 моль Mg), поэтому магний прореагировал не полностью.
Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, νисх.(ZnSO4 • 7H2O) = ν(MgSO4) = ν(Zn) = νреаг.(Mg) = 0,2 моль и νост.(Mg) = 0,6 моль – 0,2 моль = 0,4 моль.
Для расчета в дальнейшем массы исходного раствора сульфата цинка: νисх.(ZnSO4 • 7H2O) = νисх.(ZnSO4) = 0,2 моль, следовательно, m(ZnSO4) = ν(ZnSO4); m(ZnSO4) = 0,2 моль • 161 г/моль = 32,2 г; mисх.(р-ра ZnSO4) = m(ZnSO4)/ω(ZnSO4) • 100% = 32,2 г/20% • 100% = 161 г.
С раствором соляной кислоты могут реагировать магний и цинк: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑ (II) Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑ (III)
Вычислим массу и количество вещества хлороводорода: mисх.(HCl) = mисх.(р-ра HCl) • ω(HCl) = 292 г • 0,25 = 73 г; νисх.(HCl) = mисх.(HCl)/M(HCl) = 73 г/36,5 г/моль = 2 моль.
Согласно уравнениям реакции (II) и (III) νII(HCl) = 2ν(Zn) и νIII(HCl) = 2ν(Mg), следовательно, общее количество и масса реагирующего хлороводорода равны: νобщ.(HCl) = νII(HCl) + νIII(HCl) = 2ν(Zn) + 2ν(Mg) = 2 • 0,2 моль + 2 • 0,4 моль = 1,2 моль; mреаг.(HCl) = νреаг.(HCl) • M(HCl) = 1,2 моль • 36,5 г/моль = 43,8 г.
Вычислим массу непрореагировавшей соляной кислоты: mост.(HCl) = mисх.(HCl) − mреаг.(HCl) = 73 г – 43,8 г = 29,2 г.
Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющего;ся в результате реакций (II) и (III) водорода: ν(Zn) = νII(H2) = 0,2 моль и mII(H2) = νII(H2) • M(H2) = 0,2 моль • 2 г/моль = 0,4 г νост.(Mg) = νIII(H2) = 0,4 моль и mIII(H2) = νIII(H2) • M(H2) = 0,4 моль • 2 г/моль = 0,8 г; mобщ.(H2) = mII(H2) + mIII(H2) = 0,4 г + 0,8 г = 1,2 г.
Массу полученного раствора вычисляем по формуле: m(р-ра) = mисх.(р-ра ZnSO4) + mисх.(Mg) + mисх.(р-ра HCl) – mобщ.(H2) = 161 г + 14,4 г + 292 г – 1,2 г = 466,2 г.
Массовая доля хлороводорода в образовавшемся растворе равна: ω(HCl) = mост.(HCl)/m(р-ра) • 100% = 29,2 г/466,2 г • 100% = 6,26%.