Задача 1. Запишите уравнения реакций взаимодействия между следующими веществами:

а) цинком и соляной кислотой;

б) магнием и концентрированной серной кислотой;

в) железом и разбавленной азотной кислотой.

Решение:

А) В результате взаимодействия цинка с соляной кислотой образуется хлорид цинка и выделяется водород:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂.

Б) При взаимодействии магния с концентрированной серной кислотой образуется сульфат магния, вода и продукт восстановления серной кислоты – оксид серы (IV):

Mg + 2H₂SO₄ = MgSO₄ + SO₂ + 2H₂O.

В) Железо с разбавленной азотной кислотой образует нитрат железа (III) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты, например:

Fe + 4HNO₃ = Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O.

Задача 2. Смесь кремния, цинка и магния массой 31,4 г обработали раствором соляной кислоты, в результате реакции образовалось 11,2 л (н. у.) водорода. Затем такое же количество смеси подвергли взаимодействию с раствором гидроксида натрия – выделилось 22,4 л (н. у.) водорода. Определите массовые доли веществ в смеси.

Дано:

m (смеси) = 31,4 г

V₁ (H₂) = 11,2 л

V₂ (H₂) = 22,4 л

M (Si) = 28 г/моль

M (Zn) = 65 г/моль

M (Mg) = 24 г/моль

Найти:

ω (Si)

ω (Zn)

ω (Mg)

Решение:

Для решения задачи необходимо знать химические свойства кремния, цинка и магния. С соляной кислотой реагируют только цинк и магний:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂,                                                                               (1)

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂.                                                                             (2)

В растворе гидроксида натрия растворяются кремний и цинк:

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂,                                                          (3)

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

Обозначим количество цинка в сплаве – х моль, количество магния – у моль, а количество кремния – z моль. Тогда масса цинка будет равна 65х (m = n · M), масса магния – 24у, а масса кремния – 28z. По условию задачи масса смеси равна 31,4 г, следовательно:

65х + 24у + 28z = 31,4.

По уравнению (1) количество вещества цинка, вступившего в реакцию, равно количеству водорода, образовавшегося в результате взаимодействия, тогда объем водорода равен 22,4х (V = n · V_m). По уравнению (2) соотношение n(Mg) : n(H₂) равно 1 : 1, тогда объем водорода, выделившегося в этой реакции, равен 22,4y. По условию задачи объем выделившегося водорода в результате взаимодействия с кислотой составляет 11,2 л, поэтому:

22,4х + 22,4у = 11,2.

По уравнению (3) при растворении 1 моль кремния образуется 2 моль водорода, тогда объем водорода равен 2 · 22,4z = 44,8z. По уравнению (4) соотношение n(Zn) : n(H₂) равно 1 : 1, тогда объем водорода, выделившегося в этой реакции, равен 22,4x. По условию задачи объем выделившегося водорода в результате взаимодействия со щелочью равен 22,4 л, поэтому:

22,4х + 44,8z = 22,4.

Получили систему трех уравнений с тремя неизвестными:

	65х + 24у + 28z = 31,4
	22,4х + 22,4у = 11,2
	22,4х + 44,8z = 22,4.

Решив систему уравнений методом подстановки, найдем значение x, равное 0,2 моль; масса цинка составляет:

m (Zn) = n (Zn) · M (Zn) = 0,2 · 65 = 13,0 (г).

y = 0,3 моль, масса магния равна:

m (Mg) = n (Mg) · M (Mg) = 0,3 · 24 = 7,2 (г).

z = 0,4 моль, масса кремния равна:

m (Si) = n (Si) · M (Si) = 0,4 · 28 = 11,2 (г).

Рассчитаем массовые доли компонентов в смеси:

 (%);

(%);

(%).

Ответ: ω (Zn) = 41,4 %, ω(Mg) = 22,9 %, ω(Si) = 35,7 %.