Задание №61262 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекают реакции:
[1] Zn₃P₂ + 6NaOH + 6H₂O → 3Na₂[Zn(OH)₄] + 2PH₃
[2] 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O
[3] Na₂[Zn(OH)₄] + 2H₂SO₄ → Na₂SO₄ + ZnSO₄ + 4H₂O 

2. Найдем число моль гидроксида натрия в насыщенном растворе. Для этого составим пропорцию:
Пусть m NaOH = x г, тогда
100 / 200 = x / 64
x = 32; m NaOH = 32 г
n NaOH = m NaOH / M NaOH = 32 / 40 = 0,8 моль

3. Найдем число моль фосфида цинка:
n Zn₃P₂ = m Zn₃P₂ / M Zn₃P₂ = 25,7 / 257 = 0,1 моль

4. Найдем число моль образовавшегося тетрагидроксоцинката калия:
n Na₂[Zn(OH)₄] = 3n Zn₃P₂ = 3 ⋅ 0,1 = 0,3 моль 

5. Найдем число моль оставшегося гидроксида натрия:
n_{прореаг.} NaOH = 6n Zn₃P₂ = 6 ⋅ 0,1 = 0,6 моль
n_ост. NaOH = n NaOH – n_{прореаг.} NaOH = 0,8 – 0,6 = 0,2 моль

6. Найдем число моль серной кислоты в растворе:
m H₂SO₄ = m_р-ра H₂SO₄ ⋅ ω H₂SO₄ = 137,2 ⋅ 0,5 = 68,6 г
n H₂SO₄ = m H₂SO₄ / M H₂SO₄ = 68,6 / 98 = 0,7 моль 

7. Серная кислота в первую очередь будет вступать в реакцию с гидроксидом натрия. Определим, кто из реагентов во второй реакции находится в недостатке:
поделим моли оставшегося гидроксида натрия и серной кислоты на свои коэффициенты
NaOH : H₂SO₄
(0,2 / 2) : (0,7 / 1)
(0,2 / 2) < (0,7 / 1)
NaOH < H₂SO₄ 

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

8. Найдем число моль оставшейся серной кислоты:
n_{прореаг.} H₂SO₄ = n_ост. NaOH / 2 = 0,2 / 2 = 0,1 моль
n_ост. H₂SO₄ = n H₂SO₄ – n_{прореаг.} H₂SO₄ = 0,7 – 0,1 = 0,6 моль

9. Определим, кто из реагентов в третьей реакции находится в недостатке:
поделим моли тетрагидроксоцинката натрия и оставшейся серной кислоты на свои коэффициенты
Na₂[Zn(OH)₄] : H₂SO₄
(0,3 / 1) : (0,6 / 2)
(0,3 / 1) = (0,6 / 2)
Na₂[Zn(OH)₄] = H₂SO₄ 

Приходим к выводу, что оба реагента прореагировали полностью. 

10. Найдем массу сульфата натрия, образовавшегося во второй и в третьей реакциях:
n₁ Na₂SO₄ = n_ост. NaOH / 2 = 0,2 / 2 = 0,1 моль
n₂ Na₂SO₄ = n Na₂[Zn(OH)₄] = 0,3 моль
n Na₂SO₄ = n₁ Na₂SO₄ + n₂ Na₂SO₄ = 0,1 + 0,3 = 0,4 моль
m Na₂SO₄ = n Na₂SO₄ ⋅ M Na₂SO₄ = 0,4 ⋅ 142 = 56,8 г

11. Найдем массу образовавшегося сульфата цинка:
n ZnSO₄ = n Na₂[Zn(OH)₄] = 0,3 моль
m ZnSO₄ = n ZnSO₄ ⋅ M ZnSO₄ = 0,3 ⋅ 161 = 48,3 г

12. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m Zn₃P₂ + m_р-ра NaOH + m_р-ра H₂SO₄ – m PH₃
n PH₃ = 2n Zn₃P₂ = 2 ⋅ 0,1 = 0,2 моль
m PH₃ = n PH₃ ⋅ M PH₃ = 0,2 ⋅ 2 = 6,8 г
m_{конечн. р-ра} = 25,7 + 64 + 137,2 – 6,8 = 220,1 г

13. Найдем массу воды в конечном растворе:
m H₂O = m_{конечн. р-ра} – m ZnSO₄ – m Na₂SO₄ = 220,1 – 48,3 – 56,8 = 115 г

14. Найдем массу сульфата цинка, который растворится в 115 г воды. Для этого составим пропорцию:
Пусть m_{раствор.} ZnSO₄ = y г, тогда
57,7 / 100 = y / 115
y = 66,355; m_{раствор.} ZnSO₄ = 66,355 г 

Приходим к выводу, что сульфат цинка полностью растворился.

15. Найдем массу сульфата натрия, который растворится в 115 г воды. Для этого составим пропорцию:
Пусть m_{раствор.} Na₂SO₄ = z г, тогда
28 / 100 = z / 115
z = 32,2; m_{раствор.} Na₂SO₄ = 32,2 г

Приходим к выводу, что часть сульфата натрия выпадает в осадок:
m_осадка Na₂SO₄ = m Na₂SO₄ – m_{раствор.} Na₂SO₄ = 56,8 – 32,2 = 24,6 г

Тогда m_{образов. р-ра} = m_{конечн. р-ра} – m_осадка Na₂SO₄ = 220,1 – 24,6 = 195,5 г

16. Найдем массовую долю сульфата цинка в конечном растворе:
ω ZnSO₄ = m ZnSO₄ / m_{образов. р-ра} = 48,3 / 195,5 = 0,247 → 24,7%

Ответ: ω ZnSO₄ = 24,7%

Задание было на ЕГЭ-2024

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