34.07 Растворимость и кристаллогидраты

NH₃ + HCl = NH₄Cl
AgNO₃ + NH₄Cl = NH₄NO₃ + AgCl

Расчёт количества веществ и масса реагентов и продуктов:
m(NH₄NO₃) = 760*0.2105 = 160 г
n(NH₄NO₃) = 160 / 80 = 2 моль
n(NH₃) = n(HCl) = n(AgNO₃) = n(AgCl) = n(NH₄NO₃) = 2 моль
V(NH₃) = V(HCl) = 44.8 л
m(NH₃) = 2 * 17 = 34 г
m(HCl) = 2 * 36,5 = 73 г
m(H₂O в р-ре NH₃) = (44.8 * 1000) : 640 = 70 г (следствие из пропорции)
m(H₂O в р-ре HCl) = (44,8 * 1000) : 448 = 100 г (следствие из пропорции)
m (AgCl) = 2 * 143,5 = 287 г
m(AgNO₃) = 170 * 2 = 340 г

Расчёт массы раствора и массовая доля нитрата серебра:
m(р-ра AgNO₃) = 640 - 100 - 70 - 34 - 73 + 287 = 650 г
w(AgNO₃) = 340 : 650 * 100 = 52,3%

Уравнения реакций:

1) CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu
2) Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂
n CuSO₄ * 5H₂O = m CuSO₄ * 5H₂O / M CuSO₄ * 5H₂O = 37,5 / 250 = 0,15 моль
n CuSO₄ = n CuSO₄ * 5H₂O = 0,15 моль
m CuSO₄ = n CuSO₄ * M CuSO₄ = 0,15 * 160 = 24 г
m_р-ра CuSO₄ = m CuSO₄ / ω CuSO₄ = 24 / 0,2 = 120 г
n Fe = m Fe / M Fe = 11,2 / 56 = 0,2 моль

Нужно определить какое вещество в 1 реакции находится в недостатке, а какое - в избытке. Для этого поделим количества сульфата меди и железа на свои коэффициенты и установим их соотношение:

n _{на единицу коэф.} CuSO₄ / n _{на единицу коэф.} Fe = (0,15 / 1) / (0,2 / 1) = 0,15 / 0,2. Делаем вывод, что железо находится в избытке. Проводим дальнейшие расчеты по недостатку (по сульфату меди).

По 1 уравнению: n Cu = n CuSO₄ = 0,15 моль
m Cu = n Cu * M Cu = 0,15 * 64 = 9,6 г
По 1 уравнению: n_{прореаг.} Fe = n CuSO₄ = 0,15 моль
n_ост. Fe = n Fe – n_{прореаг.} Fe = 0,2 – 0,15 = 0,05 моль
m H₂SO₄ = m_р-ра H₂SO₄ * ω H₂SO₄ = 100 * 0,2 = 20 г
n H₂SO₄ = m H₂SO₄ / M H₂SO₄ = 20 / 98 = 0,2 моль

Нужно определить какое вещество во 2 реакции находится в недостатке, а какое - в избытке. Для этого поделим количества железа и серной кислоты на свои коэффициенты и установим их соотношение:

n _{на единицу коэф.} Fe / n _{на единицу коэф.} H₂SO₄ = (0,05 / 1) / (0,2 / 1) = 0,05 / 0,2. Делаем вывод, что серная кислота находится в избытке. Проводим дальнейшие расчеты по недостатку (по железу).

По 1 уравнению: n₁ FeSO₄ = n CuSO₄ = 0,15 моль
По 2 уравнению: n₂ FeSO₄ = n_ост. Fe = 0,05 моль
n_общ. FeSO₄ = n₁ FeSO₄ + n₂ FeSO₄ = 0,15 + 0,05 = 0,2 моль
m_общ. FeSO₄ = n_общ. FeSO₄ * M FeSO₄ = 0,2 * 152 = 30,4 г

По 2 уравнению: n H₂ = n_ост. Fe = 0,05 моль
m H₂ = n H₂ * M H₂ = 0,05 * 2 = 0,1 г
m_{кон. р-ра} = m_р-ра CuSO₄ + m Fe + m_р-ра H₂SO₄ – m Cu – m H₂ = 120 + 11,2 + 100 – 9,6 – 0,1 = 221,5 г  
ω FeSO₄ = m_общ. FeSO₄ / m_{кон. р-ра} = 30,4 / 221,5 = 0,137 или 13,7%

Ответ: ω FeSO₄ = 13,7%

Уравнения реакций:

1) Mg + ZnSO₄ = Zn + MgSO₄

2) Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

3) MgSO₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂ + Na₂SO₄

n(ZnSO₄*7H₂O) = m/M = 28,7/287 = 0,1 моль

n(ZnSO₄*7H₂O) = n(ZnSO₄) = 0,1 моль

n(MgSO₄) = m/M = 7,2/24 = 0,3 моль

Так как коэффициенты в уравнении 1 у этих солей равны, то видно, что ZnSO₄ в недостатке (0,1 моль меньше 0,3), значит считаем по этой соли.

n(Zn)=n(MgSO₄)=n(ZnSO₄) = 0,1 моль

Далее находим количество вещества прореагировавшего гидрокисда натрия в обеих реакциях и общую массу.

n₂(NaOH) = 2*0,1 = 0,2моль

n₃(NaOH) = 2*0,1 = 0,2 моль

n_сумм(NaOH) = 0,2 + 0,2 = 0,4 моль

m(NaOH) = 0,4*40 = 16г - масса вступившего в реакцию гидроксида натрия

Найдём изначальную массу гидроксида натрия и сколько в итоге осталось в растворе

m_изн(NaOH) = m_р-ра/w = 120/0,3 = 36г

m_ост(NaOH) = 36 - 16 = 20г - масса непрореагировавшего гидроксида натрия 

Найдём массу конечного раствора

m(р-ра) = m_р-ра(ZnSO₄*7H₂O) + m(Mg)_{прореаг} + m(р-ра NaOH) - m(H₂) - m(Mg(OH)₂)

m_р-ра(ZnSO₄*7H₂O) = n(ZnSO₄)*M(ZnSO₄)/w = 0,1*161/0,1 = 161г

m(Mg)_{прореаг} = 0,1*24 = 2,4г

m(H₂) = 0,1*2 = 0,2г

m(Mg(OH)₂) = 0,1*58 = 5,8г

m(р-ра) = 161 + 2,4 + 120 - 0,2 - 5,8 = 277,4г

Находим массовую долю гидроксида натрия в конечном растворе 

w(NaOH) = m_ост(NaOH)/m(р-ра) * 100% = 20/277,4 * 100% = 7,2%

Ответ: w(NaOH) = 7,2%

Запишем уравнения протекающих реакций:
(1) Mg + ZnSO₄ → Zn + MgSO₄
(2) MgSO₄ + 2NaOH → Mg(OH)₂ + Na₂SO₄
(3) Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

n(ZnSO₄ · 7H₂O) = m(ZnSO₄ · 7H₂O) / M(ZnSO₄ · 7H₂O) = 28,7 / 287 = 0,1 моль
n(ZnSO₄) = n(ZnSO₄ · 7H₂O) = 0,1 моль

n(Mg) = m(Mg) / M(Mg) = 7,2 / 24 = 0,3 моль 

Нужно определить какое вещество в реакции (1) находится в недостатке, а какое - в избытке. Для этого поделим количества магния и сульфата цинка на свои коэффициенты и установим соотношение:
n_{на единицу коэф.}(Mg) / n_{на единицу коэф.}(ZnSO₄) = (0,3 / 1) / (0,1 / 1) = 0,3 / 0,1. Делаем вывод, что магний находится в избытке. Проводим расчеты по недостатку (по сульфату цинка). В результате реакции остались цинк и сульфат магния, которые потом прореагировали с раствором гидроксида натрия.

n(Zn) = n(ZnSO₄) = 0,1 моль
n(MgSO₄) = n(ZnSO₄) = 0,1 моль

m(NaOH) = m_р-ра(NaOH) * ω(NaOH) = 120 ⋅ 0,3 = 36 г
n(NaOH) = m(NaOH) / M(NaOH) = 36 / 40 = 0,9 моль 

Найдем общую массу прореагировавшего гидроксида натрия. Для этого сложим массы прореагировавшего гидроксида натрия в (2) и (3) реакциях:
n_прор.(NaOH) = n_прор.2(NaOH) + n_прор.3(NaOH) = 2n(MgSO₄) + 2n(Zn) = 0,1 * 2 + 0,1 * 2 = 0,2 + 0,2 = 0,4 моль

n_ост.(NaOH) = n(NaOH) - n_прор.(NaOH) = 0,9 - 0,4 = 0,5 моль
m_ост.(NaOH) = n_ост.(NaOH) * M(NaOH) = 0,5 * 40 = 20 г

Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_р-ра(ZnSO₄) + m_прор.(Mg) + m_р-ра(NaOH) – m(Mg(OH)₂) – m(H₂)

m(ZnSO₄) = n(ZnSO₄) * M(ZnSO₄) = 0,1 * 161 = 16,1 г
m_р-ра(ZnSO₄) = m(ZnSO₄) / ω(ZnSO₄) = 16,1 / 0,1 = 161 г 
n_прор.(Mg) = n(MgSO₄) = 0,1 моль
m_прор.(Mg) = n_прор.(Mg) * M(Mg) = 0,1 * 24 = 2,4 г
n(Mg(OH)₂) = n(MgSO₄) = 0,1 моль
m(Mg(OH)₂) = n(Mg(OH)₂) * M(Mg(OH)₂) = 0,1 * 58 = 5,8 г
n(H₂) = n(Zn) = 0,1 моль
m(H₂) = n(H₂) * M(H₂) = 0,1 * 2 = 0,2 г

m_{конечн. р-ра} = 161 + 2,4 + 120 - 5,8 - 0,2 = 277,4 г 

Найдем массовую долю оставшегося гидроксида натрия в растворе и запишем ответ:
ω_ост.(NaOH) = m_ост.(NaOH) / m_{конечн. р-ра} = 20 / 277,4 = 0,072 → 7,2%

Ответ: 7,2%

 

По условию протекают реакции:

1) (СН₃СОО)₂Pb ∙ 3H₂O → (СН₃СОО)₂Pb + 3H₂O (эту реакцию не обязательно писать, но для удобства можно это сделать)
2) (СН₃СОО)₂Pb + Zn → (СН₃СОО)₂Zn + Pb↓
3) (СН₃СОО)₂Zn + Na2S → 2СН₃СОONa + ZnS↓

Находим количество ацетата свинца(II) в кристаллогидрате:

n((CH₃COO)₂Pb · 3H₂O) = m((CH₃COO)₂Pb · 3H₂O) / M((CH₃COO)₂Pb · 3H₂O) = 75,8 / 379 = 0,2 моль
n((CH₃COO)₂Pb) = n((CH₃COO)₂Pb · 3H₂O) = 0,2 моль

Находим массу ацетата свинца(II) в растворе и массу раствора:

m((CH₃COO)₂Pb) = n((CH₃COO)₂Pb) * M((CH₃COO)₂Pb) = 0,2 * 325 = 65 г
m_р-ра((CH₃COO)₂Pb) = m((CH₃COO)₂Pb) / ω((CH₃COO)₂Pb) = 65 / 0,1 = 650 г

Находим число моль цинка:

n(Zn) = m(Zn) / M(Zn) = 15,6 / 65 = 0,24 моль

Определяем, кто из реагентов во второй реакции находится в недостатке:

(CH₃COO)₂Pb : Zn
(0,2 / 1) < (0,24 / 1)
(CH₃COO)₂Pb < Zn

Zn находится в избытке, а (CH₃COO)₂Pb в недостатке. Далее расчеты идут по недостатку.

Находим массу свинца, выпавшего в осадок:

n(Pb) = n((CH₃COO)₂Pb) = 0,2 моль
m(Pb) = n(Pb) * M(Pb) = 0,2 * 207 = 41,4 г

Находим число моль образовавшегося ацетата цинка:

n((CH₃COO)₂Zn) = n((CH₃COO)₂Pb) = 0,2 моль

Находим число моль сульфида натрия в растворе:

m(Na₂S) = m_р-ра(Na₂S) * ω(Na₂S) = 624 * 0,05 = 31,2 г
n(Na₂S) = m(Na₂S) / M(Na₂S) = 31,2 / 78 = 0,4 моль

Находим массу оставшегося сульфида натрия:

n_{прореаг.}(Na₂S) = n((CH₃COO)₂Zn) = 0,2 моль
n_ост.(Na₂S) = n(Na₂S) – n_{прореаг.}(Na₂S) = 0,4 – 0,2 = 0,2 моль
m_ост.(Na₂S) = n_ост.(Na₂S) * M(Na₂S) = 0,2 * 78 = 15,6 г  

Находим массу конечного раствора:

m_{конечн. р-ра} = m_р-ра((CH₃COO)₂Pb) + m_{прореаг.}(Zn) + m_р-ра(Na₂S) – m(Pb) – m(ZnS)
n_{прореаг.}(Zn) = n((CH₃COO)₂Pb) = 0,2 моль
m_{прореаг.}(Zn) = n_{прореаг.}(Zn) * M(Zn) = 0,2 * 65 = 13 г
n(ZnS) = n((CH₃COO)₂Zn) = 0,2 моль
m(ZnS) = n(ZnS) * M(ZnS) = 0,2 * 97 = 19,4 г
m_{конечн. р-ра} = 650 + 13 + 624 – 41,4 – 19,4 = 1226,2 г  

Находим массовую долю оставшегося сульфида натрия в конечном растворе:

ω_ост.(Na₂S) = m_ост.(Na₂S) / m_{конечн. р-ра} = 15,6 / 1226,2 = 0,0127 (1,27%)

Ответ: ω_ост.(Na₂S) = 1,27%