Какова массовая доля примесей при растворении цинка массой 15 г в серной кислоте, при котором получено 4,5 л водорода

Для решения данной задачи мы можем применить знания о химических реакциях, законе сохранения массы и законе газовых объемов.

Первым шагом в решении задачи будет запись уравнения реакции между цинком (Zn) и серной кислотой (H₂SO₄):

\[Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂\]

Согласно данной реакции, между одной молекулой цинка и одной молекулой серной кислоты образуется одна молекула сульфата цинка (ZnSO₄) и одна молекула водорода (H₂).

Теперь мы можем использовать информацию о полученном объеме водорода, чтобы определить количество вещества водорода, образовавшееся в реакции.

Объем газа можно измерять в объемных частях (объемах) или в стандартных условиях, которые включают температуру 0 °C и давление 1 атмосфера (101,3 кПа).

Дано, что при нормальных условиях получено 4,5 л водорода. Переведем этот объем водорода в количество вещества, используя уравнение состояния идеального газа:

\[PV = nRT\]

Где P - давление газа, V - его объем, n - количество вещества газа, R - универсальная газовая постоянная и T - температура газа.

В данной задаче давление (P), температура (T) и универсальная газовая постоянная (R) принимаются равными нормальным условиям, следовательно, мы можем считать, что они постоянны.

Таким образом, формула превращается в:

\[V = n \cdot R \cdot T\]

Данные задачи позволяют использовать только объем (V) и количество вещества (n), поэтому мы можем записать:

\[V_1 = n_1 \cdot R \cdot T \quad (1)\]

\[V_2 = n_2 \cdot R \cdot T \quad (2)\]

\[V_1 = V_2\]

\[n_1 \cdot R \cdot T = n_2 \cdot R \cdot T\]

\[n_1 = n_2\]

Теперь, зная, что количество вещества водорода (n₂) равно количеству вещества цинка (n₁), мы можем воспользоваться молярной массой цинка (M) для определения его массы:

\[n₁ = \frac{{m₁}}{{M₁}}\]

где m₁ - масса цинка, M₁ - молярная масса цинка.

Молярная масса цинка составляет приблизительно 65,38 г/моль.

Теперь мы можем составить уравнение, чтобы определить массу цинка на основе полученной массы водорода:

\[\frac{{m₁}}{{M₁}} = n₂\]

\[m₁ = M₁ \cdot n₂\]

Остается только выразить массовую долю примесей (х) в растворении цинка:

\[x = \frac{{m₂}}{{m₁}} \cdot 100\%\]

где m₂ - масса примесей.

Для вычисления массы примесей выберем уравнение реакции:

\[Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂\]

Молярная масса серной кислоты (H₂SO₄) составляет приблизительно 98,09 г/моль.

Сравнивая уравнение реакции и уравнение количества вещества газа, можно установить соотношение между молями цинка (n₁) и молями серной кислоты (n₃):

\[n₁ = n₃\]

Теперь мы можем использовать уравнение количества вещества для серной кислоты, чтобы определить его массу:

\[n₃ = \frac{{m₃}}{{M₃}}\]

где m₃ - масса серной кислоты, M₃ - молярная масса серной кислоты.

Теперь подставляем все известные значения в формулы и рассчитываем массовую долю примесей:

\[m₃ = n₃ \cdot M₃\]

\[m₃ = n₁ \cdot M₃\]

\[x = \frac{{m₃}}{{m₁}} \cdot 100\%\]

\[x = \frac{{n₁ \cdot M₃}}{{m₁}} \cdot 100\%\]

Путем подстановки известных значений и математических вычислений можно найти искомую массовую долю примесей при растворении цинка.