3. В лаборатории на заводе был проведен эксперимент с образцом латуни, который весил 400 г и содержал медь, олово и цинк. Образец был обработан соляной кислотой, в результате чего выделился обьем водорода равный 70 л (нормальные условия), а масса нерастворимого остатка составила 160 г. Необходимо определить массовую долю каждого металла в сплаве в процентах.
Черная_Роза
Для решения данной задачи нужно использовать химические расчеты и уравнения реакций.
По условию эксперимента, образец латуни весит 400 г. Обработка образца соляной кислотой приводит к выделению 70 л водорода (нормальные условия) и образованию нерастворимого остатка массой 160 г.
Массовая доля каждого металла в сплаве может быть определена с использованием закона сохранения массы и молярных масс элементов.
Первым шагом найдем количество вещества \(n\) водорода. Для этого воспользуемся идеальным газовым законом: \(PV = nRT\), где \(P\) - давление, \(V\) - объем, \(n\) - количество вещества, \(R\) - универсальная газовая постоянная, \(T\) - абсолютная температура. Учитывая нормальные условия, при сравнительно низком давлении и комнатной температуре, можем сказать, что объем водорода пропорционален количеству вещества \(n_{\text{газа}}\), то есть \(V_{\text{водород}} = n_{\text{водород}} \cdot V_m\), где \(V_m\) - молярный объем (22.4 л/моль при нормальных условиях). Получаем: \(n_{\text{водород}} = V_{\text{водород}} / V_m\).
Вторым шагом, добавим общие балансовые уравнения для реакций обработки латуни соляной кислотой. В результате реакций происходит растворение цинка (Zn), при этом выделяется водород, и образуется хлорид меди и олово.
\[Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \tag{1}\]
\[Sn + 2HCl \rightarrow SnCl_2 + H_2 \tag{2}\]
Третьим шагом, используем соотношения между массой, количеством вещества и молярной массой: \(n_{\text{металла}} = m_{\text{металла}} / M_{\text{металла}}\), где \(n_{\text{металла}}\) - количество вещества металла, \(m_{\text{металла}}\) - масса металла, \(M_{\text{металла}}\) - молярная масса металла.
Теперь начнем вычисления.
1. Найдем количество вещества \(n_{\text{водород}}\):
\[n_{\text{водород}} = V_{\text{водород}} / V_m = 70 / 22.4 = 3.125 \, \text{моль}\]
2. Рассмотрим реакцию с цинком \((1)\). Из уравнения видно, что 1 моль цинка реагирует с 2 молями соляной кислоты. Следовательно, количество цинка в молях будет равно половине количества водорода в молях:
\[n_{\text{цинка}} = n_{\text{водород}} / 2 = 3.125 / 2 = 1.5625 \, \text{моль}\]
Так как молярная масса цинка равна 65 г/моль, получаем массу цинка:
\[m_{\text{цинка}} = n_{\text{цинка}} \cdot M_{\text{цинка}} = 1.5625 \cdot 65 = 101.56 \, \text{г}\]
3. Аналогично рассмотрим реакцию с оловом \((2)\). Из уравнения следует, что 1 моль олова реагирует с 2 молями соляной кислоты. Следовательно, количество олова в молях будет равно половине количества водорода в молях:
\[n_{\text{олова}} = n_{\text{водород}} / 2 = 3.125 / 2 = 1.5625 \, \text{моль}\]
Молярная масса олова равна 118.7 г/моль, следовательно, масса олова:
\[m_{\text{олова}} = n_{\text{олова}} \cdot M_{\text{олова}} = 1.5625 \cdot 118.7 = 185.31 \, \text{г}\]
4. Так как получили остаток массой 160 г, а к образцу латуни добавлялось только цинк и олово, то масса меди в образце равна разности массы образца и суммы масс цинка и олова:
\[m_{\text{меди}} = m_{\text{образца}} - m_{\text{цинка}} - m_{\text{олова}} = 400 - 101.56 - 185.31 = 113.13 \, \text{г}\]
Теперь можно определить массовую долю каждого металла в процентах. Расчет производится по формуле: \(m_{\text{металла}} / m_{\text{образца}} \cdot 100\%\) для каждого металла по отдельности.
Массовая доля цинка:
\[m_{\text{цинка}} / m_{\text{образца}} \cdot 100\% = 101.56 / 400 \cdot 100\% \approx 25.39\%\]
Массовая доля олова:
\[m_{\text{олова}} / m_{\text{образца}} \cdot 100\% = 185.31 / 400 \cdot 100\% \approx 46.33\%\]
Массовая доля меди:
\[m_{\text{меди}} / m_{\text{образца}} \cdot 100\% = 113.13 / 400 \cdot 100\% \approx 28.28\%\]
Таким образом, массовая доля цинка в сплаве составляет приблизительно 25.39%, массовая доля олова - 46.33% и массовая доля меди - 28.28%.
По условию эксперимента, образец латуни весит 400 г. Обработка образца соляной кислотой приводит к выделению 70 л водорода (нормальные условия) и образованию нерастворимого остатка массой 160 г.
Массовая доля каждого металла в сплаве может быть определена с использованием закона сохранения массы и молярных масс элементов.
Первым шагом найдем количество вещества \(n\) водорода. Для этого воспользуемся идеальным газовым законом: \(PV = nRT\), где \(P\) - давление, \(V\) - объем, \(n\) - количество вещества, \(R\) - универсальная газовая постоянная, \(T\) - абсолютная температура. Учитывая нормальные условия, при сравнительно низком давлении и комнатной температуре, можем сказать, что объем водорода пропорционален количеству вещества \(n_{\text{газа}}\), то есть \(V_{\text{водород}} = n_{\text{водород}} \cdot V_m\), где \(V_m\) - молярный объем (22.4 л/моль при нормальных условиях). Получаем: \(n_{\text{водород}} = V_{\text{водород}} / V_m\).
Вторым шагом, добавим общие балансовые уравнения для реакций обработки латуни соляной кислотой. В результате реакций происходит растворение цинка (Zn), при этом выделяется водород, и образуется хлорид меди и олово.
\[Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \tag{1}\]
\[Sn + 2HCl \rightarrow SnCl_2 + H_2 \tag{2}\]
Третьим шагом, используем соотношения между массой, количеством вещества и молярной массой: \(n_{\text{металла}} = m_{\text{металла}} / M_{\text{металла}}\), где \(n_{\text{металла}}\) - количество вещества металла, \(m_{\text{металла}}\) - масса металла, \(M_{\text{металла}}\) - молярная масса металла.
Теперь начнем вычисления.
1. Найдем количество вещества \(n_{\text{водород}}\):
\[n_{\text{водород}} = V_{\text{водород}} / V_m = 70 / 22.4 = 3.125 \, \text{моль}\]
2. Рассмотрим реакцию с цинком \((1)\). Из уравнения видно, что 1 моль цинка реагирует с 2 молями соляной кислоты. Следовательно, количество цинка в молях будет равно половине количества водорода в молях:
\[n_{\text{цинка}} = n_{\text{водород}} / 2 = 3.125 / 2 = 1.5625 \, \text{моль}\]
Так как молярная масса цинка равна 65 г/моль, получаем массу цинка:
\[m_{\text{цинка}} = n_{\text{цинка}} \cdot M_{\text{цинка}} = 1.5625 \cdot 65 = 101.56 \, \text{г}\]
3. Аналогично рассмотрим реакцию с оловом \((2)\). Из уравнения следует, что 1 моль олова реагирует с 2 молями соляной кислоты. Следовательно, количество олова в молях будет равно половине количества водорода в молях:
\[n_{\text{олова}} = n_{\text{водород}} / 2 = 3.125 / 2 = 1.5625 \, \text{моль}\]
Молярная масса олова равна 118.7 г/моль, следовательно, масса олова:
\[m_{\text{олова}} = n_{\text{олова}} \cdot M_{\text{олова}} = 1.5625 \cdot 118.7 = 185.31 \, \text{г}\]
4. Так как получили остаток массой 160 г, а к образцу латуни добавлялось только цинк и олово, то масса меди в образце равна разности массы образца и суммы масс цинка и олова:
\[m_{\text{меди}} = m_{\text{образца}} - m_{\text{цинка}} - m_{\text{олова}} = 400 - 101.56 - 185.31 = 113.13 \, \text{г}\]
Теперь можно определить массовую долю каждого металла в процентах. Расчет производится по формуле: \(m_{\text{металла}} / m_{\text{образца}} \cdot 100\%\) для каждого металла по отдельности.
Массовая доля цинка:
\[m_{\text{цинка}} / m_{\text{образца}} \cdot 100\% = 101.56 / 400 \cdot 100\% \approx 25.39\%\]
Массовая доля олова:
\[m_{\text{олова}} / m_{\text{образца}} \cdot 100\% = 185.31 / 400 \cdot 100\% \approx 46.33\%\]
Массовая доля меди:
\[m_{\text{меди}} / m_{\text{образца}} \cdot 100\% = 113.13 / 400 \cdot 100\% \approx 28.28\%\]
Таким образом, массовая доля цинка в сплаве составляет приблизительно 25.39%, массовая доля олова - 46.33% и массовая доля меди - 28.28%.
Знаешь ответ?