Номер 1361, страница 210 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1361. *Смесь стружек цинка и меди обработали избытком раствора гидроксида калия. При этом выделился газ объёмом (н. у.) $2,24 \text{ дм}^3$. Для полного хлорирования такого же образца потребовался хлор объёмом (н. у.) $8,96 \text{ дм}^3$. Рассчитайте массовую долю меди в образце.

Дано:

$V(H_2) = 2.24 \text{ дм}^3 \text{ (н. у.)}$

$V_{общ}(Cl_2) = 8.96 \text{ дм}^3 \text{ (н. у.)}$

Смесь $Zn$ и $Cu$

Найти:

$\omega(Cu) - ?$

Решение:

1. При обработке смеси цинка и меди раствором гидроксида калия в реакцию вступает только цинк, так как он является амфотерным металлом. Медь с растворами щелочей не реагирует. Газ, выделяющийся в ходе реакции, — это водород.

Уравнение реакции:

$Zn + 2KOH + 2H_2O \rightarrow K_2[Zn(OH)_4] + H_2\uparrow$

Найдем количество вещества выделившегося водорода. Молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m$) составляет $22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}$.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{2.24 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0.1 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, количество вещества цинка равно количеству вещества водорода:

$n(Zn) = n(H_2) = 0.1 \text{ моль}$

Рассчитаем массу цинка в образце. Молярная масса цинка $M(Zn) = 65 \text{ г/моль}$.

$m(Zn) = n(Zn) \cdot M(Zn) = 0.1 \text{ моль} \cdot 65 \text{ г/моль} = 6.5 \text{ г}$

2. При хлорировании такого же образца смеси с хлором реагируют оба металла: и цинк, и медь.

Уравнения реакций:

$Zn + Cl_2 \rightarrow ZnCl_2$

$Cu + Cl_2 \rightarrow CuCl_2$

Найдем общее количество вещества хлора, которое потребовалось для реакции:

$n_{общ}(Cl_2) = \frac{V_{общ}(Cl_2)}{V_m} = \frac{8.96 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0.4 \text{ моль}$

Это общее количество хлора расходуется на реакцию с цинком и медью.

$n_{общ}(Cl_2) = n(Cl_2 \text{ на } Zn) + n(Cl_2 \text{ на } Cu)$

Из уравнения реакции хлорирования цинка видно, что количество вещества хлора, вступившего в реакцию с цинком, равно количеству вещества цинка:

$n(Cl_2 \text{ на } Zn) = n(Zn) = 0.1 \text{ моль}$

Теперь можем найти количество вещества хлора, прореагировавшего с медью:

$n(Cl_2 \text{ на } Cu) = n_{общ}(Cl_2) - n(Cl_2 \text{ на } Zn) = 0.4 \text{ моль} - 0.1 \text{ моль} = 0.3 \text{ моль}$

Из уравнения реакции хлорирования меди видно, что количество вещества меди равно количеству вещества хлора, вступившего с ней в реакцию:

$n(Cu) = n(Cl_2 \text{ на } Cu) = 0.3 \text{ моль}$

Рассчитаем массу меди в образце. Молярная масса меди $M(Cu) = 64 \text{ г/моль}$.

$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu) = 0.3 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 19.2 \text{ г}$

3. Рассчитаем массовую долю меди в исходном образце.

Сначала найдем общую массу смеси:

$m_{смеси} = m(Zn) + m(Cu) = 6.5 \text{ г} + 19.2 \text{ г} = 25.7 \text{ г}$

Теперь рассчитаем массовую долю меди:

$\omega(Cu) = \frac{m(Cu)}{m_{смеси}} \cdot 100\% = \frac{19.2 \text{ г}}{25.7 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 74.71\%$

Ответ: массовая доля меди в образце составляет 74,71%.