Задание №61230 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 n H (в H₂SO₄) = 2x моль;
Пусть n H₂O = y моль, тогда n H (в H₂O) = 2y моль

n H (в H₂SO₄) + n H (в H₂O) = 80
2x + 2y = 80 

m H₂SO₄ + m H₂O = 800
98x + 18y = 800

Получаем систему уравнений:
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. Так как по условию необходимо найти массовую долю гидроксида натрия в конечном растворе, можно сделать вывод, что он находится в избытке.

8. Запишем реакции избытка гидроксида натрия с сульфатом и оксидом цинка:
[2] ZnSO₄ + 4NaOH → Na₂[Zn(OH)₄] + Na₂SO₄
[3] ZnO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄]

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

10. Найдем число моль и массу гидроксида натрия, прореагировавшего во второй и в третьей реакциях:
n_{2прореаг.} NaOH = 4n ZnSO₄ = 4 ∙ 1 = 4 моль
n_{3прореаг.} NaOH = 2n ZnO = 2 ∙ 0,5 = 1 моль
m_{прореаг.} NaOH = (n_{2прореаг.} NaOH + n_{3прореаг.} NaOH) ∙ M NaOH = 5 ∙ 40 = 200 г

11. Найдем оставшуюся массу гидроксида натрия:
m_ост. NaOH = m NaOH – m_{прореаг.} NaOH = 260 – 200 = 60 г

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

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

Ответ: ⍵ NaOH = 5,08%

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