Задание №20998 ЕГЭ по Химии

1. При электролизе раствора хлорида натрия идет реакция:
[1] 2NaCl + 2H₂O Cl₂ + H₂ + 2NaOH 

2. Найдем массу и число моль протонов в растворе хлорида натрия:
m_{протонов} = ⍵_{протонов} · m_р-ра NaCl = 0,547 · 526,5 = 288 г
n_{протонов} = m_{протонов} / M_{протонов} = 288 / 1 = 288 моль

3. Найдем число моль хлорида натрия в растворе. Для этого составим и решим систему уравнений:
Пусть n NaCl = x моль, тогда n_{протонов} в NaCl = 28x моль;
Пусть n H₂O = y моль, тогда n_{протонов} в H₂O = 10y моль

n_{протонов} в NaCl + n_{протонов} в H₂O = 288 моль
28x + 10y = 288

m NaCl + m H₂O = 526,5
58,5x + 18y = 526,5

Получаем систему уравнений:
28x + 10y = 288
58,5x + 18y = 526,5

x = 1; n NaCl = 1 моль
y = 26

4. Найдем число моль выделившегося на аноде газа:
n_{газа на аноде} = V_{газа на аноде} / V_m = 11,2 / 22,4 = 0,5 моль

5. По реакции 1 находим, сколько хлора может выделиться на аноде при полном электролизе хлорида натрия:
n Cl₂ = 1/2n NaCl = 0,5 моль
m Cl₂ = n Cl₂ · M Cl₂ = 0,5 · 71 = 35,5 г

Приходим к выводу, что хлорида натрия в растворе после окончания электролиза не осталось

При добавлении цинка пойдет реакция
[2] Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

6. Найдем число моль гидроксида натрия:
n NaOH = 2n Cl₂ = 2 · 0,5 = 1 моль

7. Найдем число моль и массу водорода, выделившегося на катоде:
n₁ H₂ = n Cl₂ = 0,5 моль
m₁ H₂ = n₁ H₂ · M H₂ = 0,5 · 2 = 1 г

8. Найдем число моль цинка:
n Zn = m Zn / M Zn = 13 / 65 = 0,2 моль

9. Определим, кто из реагентов во второй реакции находится в недостатке:
поделим моли гидроксида натрия и цинка на свои коэффициенты

NaOH : Zn
(1 / 2) : (0,2 / 1)
(0,5 / 1) > (0,2 / 1)
NaOH > Zn

Приходим к выводу, что NaOH находится в избытке, а Zn в недостатке. Далее расчеты идут по недостатку, то есть по Zn

10. Найдем число моль и массу водорода выделившегося во второй реакции:
n₂ H₂ = n Zn = 0,2 моль
m₂ H₂ = n₂ H₂ · M H₂ = 0,2 · 2 = 0,4 г

11. Найдем число моль образовавшейся комплексной соли:
n Na₂[Zn(OH)₄] = n Zn = 0,2 моль

12. Найдем оставшееся число моль гидроксида натрия:
n_{прореаг.} NaOH = 2n Zn = 2 · 0,2 = 0,4 моль
n_ост. NaOH = n NaOH – n_{прореаг.} NaOH = 1 – 0,4 = 0,6 моль

13. В конечном растворе остались NaOH, H₂O и Na₂[Zn(OH)₄]. Найдем массу конечного раствора и массы его компонентов:
m_{конеч р-ра} = m_р-ра NaCl + m Zn – m₁ H₂ – m Cl₂ – m₂ H₂ = 526,5 + 13 – 1 – 35,5 – 0,4 = 502,6 г
m_ост. NaOH = n_ост. NaOH · M NaOH = 0,6 · 40 = 24 г
m Na₂[Zn(OH)₄] = n Na₂[Zn(OH)₄] · M Na₂[Zn(OH)₄] = 0,2 · 179 = 35,8 г
m H₂O = m_{конеч р-ра} – m_ост. NaOH – m Na₂[Zn(OH)₄]  = 502,6 – 24 – 35,8 = 442,8 г
n H₂O = m H₂O / M H₂O = 442,8 / 18 = 24,6 моль 

14. Найдем число моль и массу протонов в этих веществах:
n_{протонов} в NaOH = n_ост. NaOH · N_{протонов} в NaOH = 0,6 · 20 = 12 моль
n_{протонов} в H₂O = n H₂O · N_{протонов} в H₂O = 24,6 · 10 = 246 моль
n_{протонов} в Na₂[Zn(OH)₄] = n Na₂[Zn(OH)₄] · N_{протонов} в Na₂[Zn(OH)₄] = 0,2 · 88 = 17,6 моль

m_{протонов} = (n_{протонов} в NaOH + n_{протонов} в H₂O + n_{протонов} в Na₂[Zn(OH)₄]) · M_{протонов} = (12 + 246 + 17,6) · 1 = 275,6 г

15. Найдем массовую долю протонов в конечном растворе:
⍵_{протонов в конечн. р-ре} = m_{протонов} / m_{конечн. р-ра} = 275,6 / 502,6 = 0,5483 → 54,83%

Ответ: ⍵_{протонов в конечн. р-ре} = 54,83%

Источник: Реальное задание ЕГЭ (собрано NeoFamily)