Дано:
Масса калия (K) = 25,35 г
Масса цинка (Zn) = 16,25 г
Объем воды = 1 л (1000 г, так как плотность воды = 1 г/мл)
Масса 20%-й азотной кислоты (HNO3) = 441 г
Найти: массовые доли веществ в растворе по окончании всех реакций.
Решение:
Шаг 1. Реакции калия с водой
Калий (K) активно реагирует с водой, образуя гидроксид калия (KOH) и водород (H2):
2K + 2H2O → 2KOH + H2↑
Рассчитаем количество вещества калия (K):
m(K) = 25,35 г
M(K) = 39,1 г/моль
n(K) = m(K) / M(K) = 25,35 / 39,1 ≈ 0,648 моль
Из уравнения реакции видно, что на 2 моль калия образуется 2 моль KOH. Следовательно, количество вещества KOH будет равно 0,648 моль.
Масса гидроксида калия (KOH):
M(KOH) = 56,1 г/моль
m(KOH) = n(KOH) * M(KOH) = 0,648 * 56,1 ≈ 36,4 г
Шаг 2. Реакции цинка с азотной кислотой
Цинк (Zn) реагирует с азотной кислотой, образуя нитрат цинка (Zn(NO3)2) и водород:
Zn + 2HNO3 → Zn(NO3)2 + H2↑
Рассчитаем количество вещества цинка (Zn):
m(Zn) = 16,25 г
M(Zn) = 65,4 г/моль
n(Zn) = m(Zn) / M(Zn) = 16,25 / 65,4 ≈ 0,248 моль
Так как 1 моль Zn реагирует с 2 моль HNO3, необходимое количество HNO3 для реакции с 0,248 моль Zn:
2 * 0,248 = 0,496 моль HNO3
Шаг 3. Массой 20%-й азотной кислоты
Масса чистой азотной кислоты в 441 г 20%-й растворенной азотной кислоты:
m(HNO3) = 441 г * 20% = 88,2 г
Количество вещества азотной кислоты:
M(HNO3) = 63 г/моль
n(HNO3) = m(HNO3) / M(HNO3) = 88,2 / 63 ≈ 1,4 моль
Так как для реакции с 0,248 моль Zn нужно 0,496 моль HNO3, а всего в растворе 1,4 моль HNO3, азотной кислоты хватит для реакции с цинком.
Шаг 4. Массовые доли веществ в растворе
После завершения реакций образуются следующие вещества:
- Вода (1000 г - масса воды, используемой в реакции)
- Калий в виде KOH (36,4 г)
- Цинк в виде Zn(NO3)2
- Азотная кислота (остаток) 88,2 г - 0,496 моль * 63 г = 88,2 - 31,2 = 57 г
Итак, масса раствора будет:
1000 г (вода) + 36,4 г (KOH) + 57 г (HNO3) + Zn(NO3)2 (масса цинка)
Ответ:
Массовая доля калия в растворе: 36,4 / 1092 ≈ 0,0334 = 3.34 %
Массовая доля цинка: (по реакции Zn(NO3)2