2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH (I)
1) По условию, масса протонов в ядрах всех атомов составляет 54,7% от общей массы раствора. Найдем массу протонов:
(526,5/100) · 54,7 = 288 г
Пусть n(NaCl) = x моль, тогда m(NaCl) = 58,5x г
Пусть n(H2O) = y моль, тогда m(H2O) = 18y г
Составим 1-е уравнение системы: 58,5x + 18y = 526,5
2) Найдем количество протонов в ядрах всех атомов. При этом помним, что количество протонов = порядковому номеру элемента, а молярная масса одного протона составляет 1г/моль.
а) np+ = Np+ ∙ n(в-ва)
np+(NaCl) = (11 + 17) · x = 28x моль
np+(H2O) = (2 + 8)y = 10y моль
б) mp+ = np+ · 1г/моль
mp+(NaCl) = 28x г;
mp+(H2O) = 10y г
Составим второе уравнение системы: 28x + 10y = 288
3) Решим систему уравнений:
8,1x = 8,1
x = 1, т.е. n(NaCl) = 1 моль
y = 26, т.е. n(H2O) = 26 моль
4) Дальше необходимо проверить, идет ли электролиз воды. Для этого нам необходимо рассчитать количество выделившегося на аноде газа и сравнить его с тем количеством, которое бы выделилось, если бы электролиз соли прошел полностью.
n(газа) = 22,4/22,4 = 1 моль
n1(Cl2) = 0,5n(NaCl) = 0,5 · 1 = 0,5 моль
m1(Cl2) = 0,5 · 71 = 35,5 г – выделилось при электролизе соли.
0,5 < 1 – из чего делаем вывод, что помимо электролиза соли также шел и электролиз воды.
Запишем вторую и третью реакцию.
2H2O = 2H2 + O2 (II)
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2 (III)
Найдем сразу количество цинка: n(Zn) = 13/65 = 0,2 моль
5) Из прошлого пункта мы понимаем, что n(газа) = n(Cl2) + n(O2). Можем найти количество и массу кислорода во второй реакции:
n(O2) = 1 – 0,5 = 0,5 моль;
m(O2) = 0,5 · 32 = 16 г
6) В задаче просят найти массовую долю протонов в растворе после окончания всех реакций. Для начала нам необходимо определиться с тем, какие вещества остались в растворе. Это: NaOH, H2O, Na2[Zn(OH)4].
а) Найдем общее количество и массу NaOH:
nост.(NaOH) = nобр.(NaOH) – nистр.(NaOH)
nост.(NaOH) = 2n1(Cl) – 2n(Zn) = 1 – 0,4 = 0,6 моль
mост.(NaOH) = 0,6 · 40 = 24 г
б) Найдем общее количество и массу Na2[Zn(OH)4]:
n(Na2[Zn(OH)4]) = n(Zn) = 0,2 моль
m(Na2[Zn(OH)4]) = 0,2 · 179 = 35,8 г
в) Сразу найти количество и массу H2O нельзя, так как:
m(H2O) = mконечн. р-ра – m(NaOH) – m(Na2[Zn(OH)4])
Поэтому сначала найдем массу конечного раствора. При этом помним, что масса раствора – это всё, что смешали, минус образовавшиеся газы и осадки.
mконечн. р-ра = mр-ра(NaCl) – m1(H2) – m1(Cl2) – m2(H2) – m2(O2) + m(Zn) – m3(H2)
Найдем недостающие данные:
n1(H2) = n1(Cl2) = 0,5 моль; m1(H2) = 0,5 · 2 = 1 г
n2(H2) = 2n2(O2) = 1 моль; m1(H2) = 1 · 2 = 2 г
n3(H2) = n(Zn) = 0,2 моль; m1(H2) = 0,2 · 2 = 0,4 г
Найдем массу конечного раствора:
mконечн. р-ра = 526,5 – 1 – 35,5 – 2 – 16 + 13 – 0,4 = 484,6 г
Теперь мы можем найти количество и массу воды:
m(H2O) = 484,6 – 24 – 35,8 = 424,8 г; n(H2O) = 424,8/18 = 23,6 моль
7) Найдем количество и массу протонов в конечном растворе. При этом помним, что количество протонов = порядковому номеру элемента, а молярная масса одного протона составляет 1г/моль.
а) np+ = Np+ ∙ n(в-ва)
np+(NaOH) = (11 + 8 + 1) · 0,6 = 12 моль
np+(H2O) = (2 + 8) · 23,6 = 236 моль
np+(Na2[Zn(OH)4]) = (11 · 2 + 30 + 8 ·4 + 4 · 1) · 0,2 = 17,6 моль
б) mp+ = np+ · 1г/моль
mp+(NaOH) = 12 г;
mp+(H2O) = 236 г
mp+( Na2[Zn(OH)4]) = 17,6 г
8) Найдем ꞷp+ :
ꞷp+ = (12 + 236 + 17,6)/484,6 · 100% = 54,8%
Ответ: ꞷp+ = 54,8%
