Задание №61229 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекает реакция:
[1] Zn + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂

2. Найдем число моль электронов в смеси:
N_А = 6,02 ⋅ 10²³
N_атомов = 11 N_А
n_атомов = N_атомов / N_A = 11 N_А / N_A = 11 моль

3. Найдем число моль цинка и кристаллической соды в смеси:
Пусть n Zn = x моль, тогда n_{электронов} в Zn = 30x моль;
Пусть n NaOH = y моль, тогда n_{электронов} в NaOH = 20y моль

n_{электронов} в Zn + n_{электронов} в NaOH = 11
30x + 20y = 11

m Zn + m NaOH = 22,5
65x + 40y = 22,5

Получаем систему уравнений:
30x + 20y = 11
65x + 40y = 22,5

x = 0,1; n Zn = 0,1 моль
y = 0,4; n NaOH = 0,4 моль

4. Определим, кто из реагентов в первой реакции находится в недостатке:
поделим моли цинка и гидроксида натрия на свои коэффициенты
Zn : NaOH
(0,1 / 1) : (0,4 / 2)
(0,1 / 1) < (0,4 / 2)
Zn < NaOH 

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

5. Найдем число моль цинката натрия:
n Na₂ZnO₂ = n Zn = 0,1 моль

6. Найдем число моль и массу водорода, выделившегося в первой реакции:
n H₂ = n Zn = 0,1 моль
m H₂ = n H₂ ⋅ M H₂ = 0,1 ⋅ 2 = 0,2 г

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

8. Найдем число моль и массу серной кислоты в растворе:
m H₂SO₄ = m_р-ра H₂SO₄ ⋅ ⍵ H₂SO₄ = 98 ⋅ 0,3 = 29,4 г
n H₂SO₄ = m H₂SO₄ / M H₂SO₄ = 29,4 / 98 = 0,3 моль

9. Так как твердый остаток содержит оставшийся гидроксид натрия, серная кислота в первую очередь будет реагировать с ним:
[2] 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O

10. Определим, кто из реагентов во второй реакции находится в недостатке:
поделим моли гидроксида натрия и серной кислоты на свои коэффициенты
NaOH_ост. : H₂SO₄
(0,2 / 2) : (0,3 / 1)
(0,2 / 2) < (0,3 / 1)
NaOH_ост. < H₂SO₄

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

11. Найдем оставшееся число моль серной кислоты:
n_{прореаг.} H₂SO₄ = n_ост. NaOH / 2 = 0,2 / 2 = 0,1 моль
n_ост. H₂SO₄ = n H₂SO₄ – n_{прореаг.} H₂SO₄ = 0,3 – 0,1 = 0,2 моль

12. Запишем реакцию, протекающую при взаимодействии серной кислоты с цинкатом натрия: 
n_ост. H₂SO₄ : n Na₂ZnO₂
0,2 : 0,1 или 2 : 1

Так как число моль оставшейся серной кислоты относится к числу моль цинката натрия как 2 : 1 соответственно, будет образовываться сульфат цинка:
[3] Na₂ZnO₂ + 2H₂SO₄ → Na₂SO₄ + ZnSO₄ + 2H₂O

13. Найдем число моль и массу сульфата натрия, образовавшегося во второй и в третьей реакциях:
n₂ Na₂SO₄ = n_ост. NaOH / 2 = 0,2 / 2 = 0,1 моль
n₃ Na₂SO₄ = n Na₂ZnO₂ = 0,1 моль
m Na₂SO₄ = (n₁ Na₂SO₄ + n₂ Na₂SO₄) ⋅ M Na₂SO₄ = 0,2 ⋅ 142 = 28,4 г

14. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_смеси + m_р-ра H₂SO₄ – m H₂ = 22,5 + 98 – 0,2 = 120,3 г

15. Найдем массовую долю сульфата натрия в конечном растворе:
⍵ Na₂SO₄ = m Na₂SO₄ / m_{конечн. р-ра} = 28,4 / 120,3 = 0,2361 → 23,61%

Ответ: ⍵ Na₂SO₄ = 23,61%

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