Задание №60553 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекает реакция:
[1] ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O

2. Найдем число моль оксида цинка:
n ZnO = m ZnO / M ZnO = 121,5 / 81 = 1,5 моль 

3. Найдем число моль атомов водорода в растворе серной кислоты:
n H = N H / N_A = 4,816 ∙ 10²⁵ / 6,02 ∙ 10²³ = 80 моль 

4. Найдем число моль серной кислоты в растворе:
Пусть n H₂SO₄ = x моль, тогда n₁ H = 2x моль;
Пусть n H₂O = y моль, тогда n₂ H = 2y моль 

n₁ H + n₂ H = 80
2x + 2y = 80

m H₂SO₄ + m H₂O = 800
98x + 18y = 800

2x + 2y = 80
98x + 18y = 800

x = 1; n H₂SO₄ = 1 моль
y = 39

5. Определим, кто из реагентов в первой реакции находится в недостатке:
поделим моли оксида цинка и серной кислоты на свои коэффициенты
ZnO : H₂SO₄
(1,5 / 1) : (1 / 1)
(1,5 / 1) > (1 / 1)
ZnO > H₂SO₄

Приходим к выводу, что ZnO находится в избытке, а H₂SO₄ в недостатке. Далее расчеты идут по недостатку, то есть по H₂SO₄.

6. Найдем оставшееся число моль оксида цинка:
n_{прореаг.} ZnO = n H₂SO₄ = 1 моль
n_ост. ZnO = n ZnO – n_{прореаг.} ZnO = 1,5 – 1 = 0,5 моль

7. Гидроксид натрия будет вступать в реакцию с сульфатом цинка и оксидом цинка:
[2] ZnSO₄ + 4NaOH → Na₂[Zn(OH)₄] + Na₂SO₄
[3] ZnO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄]

8. Найдем число моль гидроксида натрия:
n NaOH = m NaOH / M NaOH = 260 / 40 = 6,5 моль

9. Найдем число моль сульфата цинка, образовавшегося в первой реакции:
n ZnSO₄ = n H₂SO₄ = 1 моль

10. Найдем число моль оставшегося гидроксида натрия:
n_{2прореаг.} NaOH = 4n ZnSO₄ = 4 ∙ 1 = 4 моль
n_{3прореаг.} NaOH = 2n ZnO = 2 ∙ 0,5 = 1 моль
n_ост. NaOH = n NaOH – n_{2прореаг.} NaOH – n_{3прореаг.} NaOH = 6,5 – 4 – 1 = 1,5 моль
m_ост. NaOH = n_ост. NaOH ∙ M NaOH = 1,5 ∙ 40 = 60 г

11. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m ZnO + m_р-ра H₂SO₄ + m NaOH = 121,5 + 800 + 260 = 1181,5 г

12. Найдем массовую долю гидроксида натрия в конечном растворе:
ω NaOH = m_ост. NaOH / m_{конечн. р-ра} = 60 / 1181,5 = 0,0508 → 5,08%

Ответ: ω NaOH = 5,08% 

Источник: Реальное задание ЕГЭ (собрано Ермолаевым И. С.)