Вопрос школьника
Какой объем водорода (н. у.) п какое количество соли получится при растворении 39 г цинка, содержащего 20% примесей, в избытке соляной кислоты?
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать уравнение реакции между цинком и соляной кислотой:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Из уравнения видно, что на каждый моль цинка требуется 2 моля соляной кислоты для полного растворения. Также известно, что масса цинка составляет 39 г, а содержание примесей – 20%. Следовательно, масса чистого цинка равна:
39 г × (1 – 0,2) = 31,2 г
Для расчета количества соляной кислоты необходимо знать ее концентрацию. Предположим, что она равна 37% (это типичная концентрация технической соляной кислоты). Тогда можно использовать формулу для расчета количества вещества:
n(HCl) = m(HCl) / M(HCl)
где n – количество вещества, м – масса, M – молярная масса.
Молярная масса соляной кислоты равна 36,5 г/моль. Подставляя известные значения, получаем:
n(HCl) = (m(HCl) / M(HCl)) = (x% × 1000 мл × 1,18 г/мл) / (36,5 г/моль) = 32,4 ммоль
Здесь x% – концентрация соляной кислоты в г/100 мл, 1,18 г/мл – плотность соляной кислоты при данной концентрации.
Так как на каждый моль цинка требуется 2 моля соляной кислоты, то для растворения 31,2 г чистого цинка потребуется:
n(HCl) = 2 × n(Zn) = 2 × (m(Zn) / M(Zn)) = 0,48 моль
Таким образом, объем соляной кислоты, необходимый для растворения цинка, равен:
V(HCl) = n(HCl) × V0(HCl) = 32,4 ммоль × 0,037 л/моль = 1,2 л
Здесь V0(HCl) – молярный объем соляной кислоты при стандартных условиях (0,037 л/моль).
При реакции образуется также водород. Его объем можно рассчитать по уравнению состояния идеального газа:
V(H2) = n(H2) × V0(H2) = n(Zn) × V0(H2) = 0,24 л
Здесь V0(H2) – молярный объем водорода при стандартных условиях (0,024 л/моль).
Наконец, для расчета количества полученной соли необходимо знать ее выход. Предположим, что он равен 100% (т.е. все цинк растворился). Тогда количество соли равно количеству цинка, т.е.:
n(ZnCl2) = m(Zn) / M(ZnCl2) = 31,2 г / 136,3 г/моль = 0,23 моль
Масса соли равна:
m(ZnCl2) = n(ZnCl2) × M(ZnCl2) = 0,23 моль × 136,3 г/моль = 31,4 г
Таким образом, при растворении 39 г цинка, содержащего 20% примесей, в избытке соляной кислоты объем водорода составит 0,24 л, а количество полученной соли – 31,4 г.
