Question

К 10%-ному раствору соли, полученному при растворении в воде 114,8 г кристаллогидрата сульфата цинка (ZnSO4 • 7H2O), добавили 12 г магния. После завершения реакции к полученной смеси добавили 365 г 20%-ной хлороводородной кислоты. Определите массовую долю хлороводорода в полученном растворе (процессами гидролиза пренебречь). В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения исходных физических величин).

Answer 1

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) = 114,8 г /287 г/моль = 0,4 моль; νисх.(Mg) = mисх.(Mg)/M(Mg) = 12 г/24 г/моль = 0,5 моль.
По уравнению реакции (I) νисх.(Mg) = ν(ZnSO4), а по условию задачи количество вещества сульфата цинка (0,4 моль ZnSO4 • 7H2O и 0,5 моль Mg), поэтому магний прореагировал не полностью.
Расчет ведем по недостатку вещества, следовательно, νисх.(ZnSO4 • 7H2O) = ν(MgSO4) = ν(Zn) = νреаг.(Mg) = 0,4 моль и νост.(Mg) = 0,5 моль – 0,4 моль = 0,1 моль.
Для расчета в дальнейшем массы исходного раствора сульфата цинка: νисх.(ZnSO4 • 7H2O) = νисх.(ZnSO4) = 0,4 моль, следовательно, m(ZnSO4) = ν(ZnSO4) • M(ZnSO4) = 0,4 моль • 161 г/моль = 64,4 г; mисх.(р-ра ZnSO4) = m(ZnSO4)/ω(ZnSO4) • 100% = 64,4 г/10% • 100% = 644 г.
С раствором соляной кислоты могут реагировать магний и цинк: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑ (II) Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑ (III)
Вычислим массу хлороводорода в растворе: mисх.(HCl) = mисх.(р-ра HCl) • ω(HCl) = 365 г • 0,2 = 73 г.
Согласно уравнениям реакции (II) и (III) νII(HCl) = 2ν(Zn) и νIII(HCl) = 2ν(Mg), следовательно, общее количество и масса реагирующего хлороводорода равны: νреаг.(HCl) = νII(HCl) + νIII(HCl) = 2ν(Zn) + 2ν(Mg) = 2 • 0,1 моль + 2 • 0,4 моль = 1 моль; mреаг.(HCl) = νреаг.(HCl) • M(HCl) = 1 моль • 36,5 г/моль = 36,5 г.
Вычислим массу непрореагировавшей соляной кислоты: mост.(HCl) = mисх.(HCl) − mреаг.(HCl) = 73 г – 36,5 г = 36,5 г.
Для расчета массы конечного раствора необходимо вычислить массу выделяющегося в результате реакций (II) и (III) водорода: ν(Zn) = νII(H2) = 0,1 моль и mII(H2) = νII(H2) • M(H2) = 0,1 моль • 2 г/моль = 0,2 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) = 0,2 г + 0,8 г = 1 г.
Массу полученного раствора вычисляем по формуле: m(р-ра) = mисх.(р-ра ZnSO4) + mисх.(Mg) + mисх.(р-ра HCl) – mобщ.(H2) = 644 г + 12 г + 365 г – 1 г = 1020 г.
Массовая доля хлороводородной кислоты в образовавшемся растворе равна: ω(HCl) = mост.(HCl)/m(р-ра) • 100% = 36,5 г/1020 г • 100% = 3,58%.