Давайте решим задачу пошагово.
Дано:
- Масса технического сульфида цинка ( m_{ZnS} = 45,г )
- Объем кислорода ( V_{O_2} = 13,44,л ) при н.у.
- Неизвестно, какая именно реакция происходит, однако обычно при обжиге технического сульфида цинка происходит его окисление до оксида цинка и выделение сернистого газа или другого продукта, а также возможное присутствие примесей.
- Реакция обжига цинка с кислородом:
[
2ZnS + 3O_2 \rightarrow 2ZnO + 2SO_2
]
Из уравнения видно, что 2 молекулы ZnS реагируют с 3 молекулами O₂.
- Определение молекулярных масс:
- ( M_{ZnS} = M_{Zn} + M_{S} = 65 + 32 = 97,г/моль )
- ( M_{O_2} = 32,г/моль )
- Вычисление количества вещества кислорода:
Объем кислорода при н.у. и по условию — 13,44 л.
Молярный объем при н.у. равен 22,4 л/моль.
[
n_{O_2} = \frac{V_{O_2}}{22,4,л/моль} = \frac{13,44}{22,4} = 0,6,моль
]
- Определение количества вещества цинка, участвующего в реакции:
Из реакции:
[
2,моль,ZnS : 3,моль,O_2
]
Значит, на 0,6 моль O₂ приходится:
[
n_{ZnS,реакц} = \frac{2}{3} \times 0,6 = 0,4,моль
]
Это количество цинка, которое претерпело реакцию.
Масса чистого цинка, участвующего в реакции:
[
m_{Zn,реакц} = n_{ZnS,реакц} \times M_{ZnS} \times \frac{M_{Zn}}{M_{ZnS}}
]
Но проще: так как на 2 моль ZnS приходится 2 моль Zn, и масса цинка в этой порции:
[
m_{Zn,реакц} = n_{ZnS,реакц} \times M_{Zn} = 0,4 \times 65 = 26,г
]
Однако, нужно быть осторожным. При этом мы предполагаем, что весь объем кислорода использовался для реакции со стандартными штрихами — не всегда так.
Если считать, что весь реакционный объем кислорода потребовался для реакции, то около 26 г цинка участвовали в реакции.
- Общий анализ:
Масса сульфида: 45 г.
Масса цинка, участвующего в реакции: 26 г.
Следовательно, масса примесей (не реагирующего остатка или примесей в тех. сульфиде):
[
m_{примесей} = 45,г - 26,г = 19,г
]
Массовая доля примесей:
[
w = \frac{m_{примесей}}{m_{всего}} \times 100% = \frac{19}{45} \times 100% \approx 42,22%
]
Ответ:
Массовая доля примесей в техническом сульфиде цинка составляет примерно 42,2%.
