Дано:
- Масса смеси цинка и сульфида цинка: 22,7 г
- Объем выделившегося газа (H2S) при реакции: 6,72 дм3
Найти: массовую долю цинка в смеси.
Решение:
1. Рассчитаем количество моль газа H2S, используя идеальный газовый закон при нормальных условиях:
Один моль газа занимает 22,4 дм3.
Количество моль H2S = объем газа / 22,4 дм3
Количество моль H2S = 6,72 дм3 / 22,4 дм3 ≈ 0,300 моль
2. Запишем уравнение реакции между цинком и сульфидом цинка с соляной кислотой:
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2↑
ZnS + 2 HCl → ZnCl2 + H2S↑
Из этих уравнений видно, что на 1 моль цинка выделяется 1 моль водорода, а для сульфида цинка также требуется 2 моль HCl, но выделяется 1 моль H2S.
3. Таким образом, общее количество молей газа (H2 и H2S) будет равно количеству моль цинка, так как каждый моль металла дает 1 моль газа:
Нам нужно учесть, что общее количество газа состоит из двух компонент: от Zn и от ZnS, но мы можем сказать, что количество цинка определяет количество образовавшегося H2 и H2S в процессе.
4. Пусть x – это количество молей цинка (Zn) в смеси, тогда количество молей сульфида цинка (ZnS) будет равно (0,300 - x).
5. Учитывая, что каждый моль Zn дает 1 моль H2, а каждый моль ZnS дает 1 моль H2S, можно записать следующее уравнение:
x + (0,300 - x) = 0,300
Что упрощается до:
x = m(количество разложившегося Zn) + (0,300 - x)(сульфид)
Но так как мы не знаем точное соотношение, нужно учитывать массу.
6. Теперь найдем массу цинка и сульфида цинка.
Молярная масса Zn = 65,38 г/моль,
Молярная масса ZnS = 97,44 г/моль.
7. Поскольку каждая часть газа соответствует своей массе:
Масса Zn = x * 65,38,
Масса ZnS = (0,300 - x) * 97,44.
8. Подсчитаем массу смеси:
22,7 г = x * 65,38 + (0,300 - x) * 97,44.
9. Перепишем уравнение в более простом виде:
22,7 = 65,38x + 29,232 - 97,44x
22,7 = -32,06x + 29,232
32,06x = 29,232 - 22,7
32,06x = 6,532
x = 6,532 / 32,06 ≈ 0,204 моль Zn.
10. Теперь найдем массу цинка в смеси:
Масса Zn = 0,204 моль * 65,38 г/моль ≈ 13,35 г.
11. Теперь рассчитаем массовую долю цинка в смеси:
Массовая доля Zn = (масса Zn / масса смеси) * 100%
Массовая доля Zn = (13,35 г / 22,7 г) * 100% ≈ 58,84 %.
Ответ: Массовая доля цинка в смеси составляет примерно 58,84 %.