- Банк заданий
- Химия
- Задание 8372
Задание №8372 ЕГЭ по Химии
Растворимость безводного нитрата цинка при некоторой температуре составляет 30г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор нитрата цинка, добавив необходимое количество воды к гексагидрату нитрата цинка массой 59,4 г. Через полученный раствор пропускали электрический ток до тех пор, пока массовая доля соли не уменьшилась вдвое. При этом объемы газов, выделившихся на катоде и аноде, оказались равны. Затем к получившемуся раствору прилили 224,8г раствора карбоната натрия, содержащего 73,47·1023 атомов кислорода. Определите массовую долю нитрата цинка в итоговом растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
1. Найдем массу соли в кристаллогидрате:
n Zn(NO3)2 · 6H2O = m Zn(NO3)2 · 6H2O / M Zn(NO3)2 · 6H2O = 59,4 / 297 = 0,2 моль
n Zn(NO3)2 = n Zn(NO3)2 · 6H2O = 0,2 моль
m Zn(NO3)2 = 0,2 · 189 = 37,8 г
2. Вычислим массу насыщенного раствора и массовую долю нитрата цинка в нем:
Пусть к кристаллогидрату добавили x г воды
30 / 130 = 37,8 / (59,4 + x)
x = 104,4; mдоб. H2O = 104,4 г
m насыщенного раствора = m Zn(NO3)2 · 6H2O + mдоб. H2O = 59,4 + 104,4 = 163,8 г
ωисх Zn(NO3)2 = m Zn(NO3)2 / m насыщенного раствора = 37,8 / 163,8 = 0,2308
3. Так как идет электролиз соли металла средней активности, параллельно с электролизом самой соли идет электролиз воды:
4. Пусть в реакции №2 выделилось x моль O2, тогда:
n H2 = 2x моль
так как по условию объемы газов, выделившихся на катоде и аноде равны, а числа моль газов пропорциональны их объемам
nобщ. O2 = n1 O2 + n2 O2 = n H2 = 2x моль
n1 O2 = nобщ. O2 – n2 O2 = 2x – x = x моль
n Zn = 2n1 O2 = 2x моль
nпрореаг Zn(NO3)2 = n Zn = 2x моль
5. Определим массовую долю солю в растворе после протекания электролиза и решим уравнение:
ω после электр Zn(NO3)2 = ωисх / 2 = 0,2308 / 2 = 0,1154
ω после электр Zn(NO3)2 = (m Zn(NO3)2 – m прореаг Zn(NO3)2) / (m насыщенного раствора – m Zn – m H2 – m O2) = (37,8 – 189 · 2x) / (163,8 – 65 · 2x – 32 · 2x – 2 · 2x) = 0,1154
x = 0,05
6. Найдем число моль карбоната натрия в добавленном растворе:
n O = N O / NA = 73,47·1023 / 6,02·1023 = 12,2 моль
пусть в растворе Na2CO3 x моль Na2CO3 и y моль H2O
так как 1 молекула Na2CO3 содержит 3 атома кислорода, а 1 молекула H2O 1 атом кислорода, суммарное число моль атомов кислорода в смеси
3x + y = 12,2
m Na2CO3 = 106x
m H2O = 18y
3x + y = 12,2
106x + 18y = 224,8
x = 0,1; n Na2CO3 = 0,1 моль
y = 11,9; n H2O = 11,9 моль
7. Добавляемый Na2CO3 в первую очередь будет реагировать с HNO3 и пойдет реакция:
[3] Na2CO3 + 2HNO3 → 2NaNO3 + CO2 + H2O
n HNO3 = 4n1 O2 = 4 · 0,05 = 0,2 моль
n Na2CO3 = 0,1 моль
таким образом после реакции №3 в растворе не останется ни HNO3, ни Na2CO3
8. Найдем массу конечного раствора и вычислим массовую долю нитрата цинка в конечном растворе:
n CO2 = n Na2CO3 = 0,1 моль
m CO2 = 0,1 · 44 = 4,4 г
m итог Zn(NO3)2 = m Zn(NO3)2 – m прореаг Zn(NO3)2 = 37,8 – 189 · 0,1 = 18,9 г
m итог р-ра = m насыщенного раствора – m Zn – m H2 – m O2 + m р-ра Na2CO3 – m CO2 = 163,8 – 65 · 0,1 – 2 · 0,1 – 32 · 0,1 + 224,8 – 4,4) = 374,3 г
ω итог Zn(NO3)2 = m итог Zn(NO3)2 / m итог р-ра = 18,9 / 374,3 = 0,0505 → 5,05%
Ответ: массовая доля нитрата цинка в итоговом растворе 5,05%
Источник: NeoFamily