Вот сам текст задания
При растворении в воде 114,8 г цинкового купороса (ZnSO4 * 7H2O) получили раствор соли, который содержит 1,6*10^25 молекул воды. К полученному раствору добавили 12 г магния. После завершения реакции к полученной смеси прибавили 365 г 20%-ного раствора хлороводородной кислоты. Определите массовую долю кислоты в образовавшемся растворе. (Процессами гидролиза пренебречь.)
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Начнем с записи уравнений всех возможных реакций.
- Растворение кристаллогидрата - это и не реакция, но запишем на черновик, чтобы было удобнее считать.
- Магний + сульфат цинка. В тексте сказано, что реакция прошла до конца. Это значит, что один из реагентов был израсходован полностью. Какой - не знаю, посчитаем потом
- Цинк + соляная кислота, эта реакция точно идет
- Сульфат магния с соляной кислотой не реагирует - не выполняются условия реакций ионного обмена
- Или магний, или сульфат цинка остались в реакционной среде. Магний может прореагировать с соляной кислотой, сульфат цинка - нет
Нужно найти массовую долю соляной кислоты в полученном растворе, после того, как она поучаствовала во всех возможных реакциях. Массовая доля = масса оставшейся соляной кислоты поделить на массу раствора. Чтобы посчитать сколько солянки осталось, нужно из исходного количества вычесть затраченное количество. Итак, соляной кислоты было:
Чтобы посчитать сколько соляной кислоты было израсходовано, нам надо знать сколько цинка получили во второй реакции и остался ли после этой реакции магний. Сначала найдем сколько сульфата цинка было в самом начале. По первой схеме видно, что количество вещества цинкового купороса = количеству вещества сульфата цинка. Найдем моли купороса, разделим массу на молярную массу. Молярную массу кристаллогидрата посчитаем как сумму молярных масс сульфата цинка и семи молекул воды:
Посчитаем моли магния: масса/атомная масса = 0,5 моль.
Теперь посчитаем кто же в недостатке.
По уравнению реакции соотношение магния к сульфату 1:1, то есть их должно быть одинаковое количество. На деле получилось, что магния больше. Поэтому сульфат в недостатке, он прореагирует полностью, а вот магний в избытке - останется 0,1 моль. А вот цинка получится 0,4 моль.
По последним двум реакциям посчитаем сколько соляной кислоты было израсходовано. По уравнению реакций соотношение молей металл: кислота = 1:2. А значит:
В сумме потратиться 1 моль солянки, это 36,5 грамм. Осталось кислоты:
Теперь посчитаем массу раствора. Вспомним условия задания. Был купорос, к нему сначала добавили воду, потом магний, потом соляную кислоту. Осадки не выпали, зато выделился газ.
Поэтому массу конечного раствора будем считать так:
Мы не знаем сколько воды добавили к купоросу. Будем считать. Мы знаем сколько молекул воды было когда кристаллогидрат растворили в воде, переведем это число в моли. Для этого число молекул поделим на число Авогадро:
Вода была и в кристаллогидрате, и в воде-растворителе. Всего (мы посчитали) 26,578 моль. Чтобы узнать сколько же добавили воды-растворителя, найдем сколько воды было в кристаллогидрате. Нам опять понадобится первая схема. Каждая "молекула" кристаллогидрата дает 7 молекул воды, значит воды будет в 7 раз больше, 2,8 моль.
Всего воды образовалось 26,578 моль, из них 2,8 моль было в кристаллогидрате, значит растворителя было 23,778 моль, это 428,004 грамм.
Посчитаем сколько водорода выделилось по уравнениям последних реакций:
Всего водорода выделилось 0,5 моль = 1 грамм.
Считаем массу раствора
А теперь массовая доля соляной кислоты:
Видео разбор лежит здесь: