Какой процент массовой доли соляной кислоты в растворе обеспечит наибольшую скорость растворения цинка при комнатной

Для решения данной задачи нам понадобится знание о законе действующих масс и законе Вольтерра-Бальнета.

Закон действующих масс гласит, что скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов, возведенных в степень, равную их порядку в реакции.

В данной задаче, реагентами являются соляная кислота и цинк. Обозначим концентрацию соляной кислоты как С, а концентрацию цинка как Zn.

Запишем химическое уравнение реакции между соляной кислотой и цинком:

\[Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\]

Из уравнения видно, что для растворения цинка требуется две молекулы соляной кислоты.

Так как мы хотим найти процент массовой доли соляной кислоты, обозначим её как М.

Массовая доля вещества (в данном случае, соляной кислоты) определяется отношением массы растворенного вещества (в данном случае, соляной кислоты) к массе раствора (смеси).

Выразим массу соляной кислоты через массу раствора:

\[M = \frac{{m_{HCl}}}{{m_{solution}}}\]

Теперь нам нужно выразить массу раствора через массу цинка и соляной кислоты:

\[m_{solution} = m_{HCl} + m_{Zn}\]

Также, зная молярные массы соляной кислоты (\(M_{HCl}\)) и цинка (\(M_{Zn}\)), мы можем выразить массы через количество вещества (\(n\)). Количество вещества рассчитывается по формуле:

\[n = \frac{m}{M}\]

В формуле выше, \(m\) - масса вещества, \(M\) - его молярная масса.

Таким образом,

\[m_{HCl} = M_{HCl} \cdot n_{HCl}\]
\[m_{Zn} = M_{Zn} \cdot n_{Zn}\]

Подставим значения выражений в формулу для массовой доли:

\[M = \frac{{m_{HCl}}}{{m_{HCl} + m_{Zn}}}\]

Теперь мы можем решить задачу для каждого варианта ответа и найти тот, который обеспечит наибольшую скорость растворения цинка.

а) Для раствора с концентрацией 20%:

Предположим, что у нас имеется 100 г раствора, тогда масса соляной кислоты \((m_{HCl})\) и масса цинка \((m_{Zn})\) будут следующими:

\(m_{HCl} = 20 \cdot 100 \, \text{г} = 20 \, \text{г}\)
\(m_{Zn} = 100 - m_{HCl} = 100 - 20 = 80 \, \text{г}\)

Таким образом,

\[M = \frac{{m_{HCl}}}{{m_{HCl} + m_{Zn}}} = \frac{{20 \, \text{г}}}{{20 \, \text{г} + 80 \, \text{г}}} = \frac{{20 \, \text{г}}}{{100 \, \text{г}}} = 0.2\]

б) Для раствора с концентрацией 1%:

Аналогично предыдущему пункту, предположим, что у нас имеется 100 г раствора, тогда имеем:

\(m_{HCl} = 1 \cdot 100 \, \text{г} = 1 \, \text{г}\)
\(m_{Zn} = 100 - m_{HCl} = 100 - 1 = 99 \, \text{г}\)

Таким образом,

\[M = \frac{{m_{HCl}}}{{m_{HCl} + m_{Zn}}} = \frac{{1 \, \text{г}}}{{1 \, \text{г} + 99 \, \text{г}}} = \frac{{1 \, \text{г}}}{{100 \, \text{г}}} = 0.01\]

Поиск максимальной скорости растворения цинка:

Согласно закону действующих масс скорость реакции пропорциональна концентрации реагентов. То есть, чем выше концентрация соляной кислоты, тем выше скорость растворения цинка. Сравнивая полученные значения, мы видим, что раствор с концентрацией 20% обеспечит более высокую скорость растворения цинка.

Ответ: а) 20%