Химия задачи на массовую долю В лаборатории на воздухе прокалили навеску смеси карбоната и нитрата цинка до постоянной массы. После прокаливания оказалось, что масса навески уменьшилась по сравнению с первоначальной на 45,7 %. Рассчитайте массовые доли компонентов в исходной смеси. В промежуточных расчетах округления делайте до сотых. Ответьте на вопросы:
1. Массовая доля (в %, с округлением до целых) карбоната цинка в исходной смеси составляет ... 2. Массовая доля (в %, с округлением до целых) нитрата цинка в исходной смеси составляет ...
Для решения этой задачи обозначим массу карбоната цинка ZnCO3ZnCO₃ZnCO3 в исходной смеси как x x x граммов, а массу нитрата цинка Zn(NO3)2Zn(NO₃)₂Zn(NO3)2 как y y y граммов. Тогда общая масса исходной смеси равна m=x+y m = x + y m=x+y.
При прокаливании происходит разложение компонентов:
Карбонат цинка разлагается по следующему уравнению: ZnCO3→ZnO+CO2↑
ZnCO_3 \rightarrow ZnO + CO_2 \uparrow ZnCO3→ZnO+CO2↑
Этот процесс приводит к снижению массы карбоната цинка. Массовая доля ZnO после разложения составит: Масса ZnO=молярная масса ZnO=81 г/моль
\text{Масса ZnO} = \text{молярная масса ZnO} = 81 \text{ г/моль} Масса ZnO=молярнаямасса ZnO=81г/моль
Изменение массы карбоната выражается через его молярную массу: M(ZnCO<em>3)=65+12+3×16=125 г/моль
M(ZnCO<em>3) = 65 + 12 + 3 \times 16 = 125 \text{ г/моль} M(ZnCO<em>3)=65+12+3×16=125г/моль
Потеря массы: Δm</em>ZnCO3=M(ZnCO3)−M(ZnO)=125−81=44 г/моль
\Delta m</em>{ZnCO_3} = M(ZnCO_3) - M(ZnO) = 125 - 81 = 44 \text{ г/моль} Δm</em>ZnCO3=M(ZnCO3)−M(ZnO)=125−81=44г/моль
Теперь запишем уравнение, связывающее массы компонентов и потерю массы: Δm=x125×44+y189×108
\Delta m = \frac{x}{125} \times 44 + \frac{y}{189} \times 108 Δm=125x×44+189y×108
Потеря массы составила 45,7 % от первоначальной массы: m⋅0.457=x125×44+y189×108
m \cdot 0.457 = \frac{x}{125} \times 44 + \frac{y}{189} \times 108 m⋅0.457=125x×44+189y×108
где m=x+y m = x + y m=x+y.
Чтобы найти массовые доли ω<em>ZnCO3 \omega<em>{ZnCO3} ω<em>ZnCO3 и ω</em>Zn(NO3)2 \omega</em>{Zn(NO3)2} ω</em>Zn(NO3)2, мы можем выразить x x x и y y y через их массовые доли: ω<em>ZnCO3=xx+y⋅100%
\omega<em>{ZnCO3} = \frac{x}{x+y} \cdot 100\% ω<em>ZnCO3=x+yx⋅100%ω</em>Zn(NO3)2=yx+y⋅100%
\omega</em>{Zn(NO3)2} = \frac{y}{x+y} \cdot 100\% ω</em>Zn(NO3)2=x+yy⋅100%
Решая систему уравнений, мы можем найти x x x и y y y. Я воспользуюсь методом проб:
Предположим напримернапримернапример, что в смеси 100 г: m=100 ⟹ 0.457⋅100=45.7 г (потеря массы)
m = 100 \implies 0.457 \cdot 100 = 45.7 \, \text{г (потеря массы)} m=100⟹0.457⋅100=45.7г (потерямассы)
Таким образом имеем уравнение: 44x125+108y189=45.7
\frac{44x}{125} + \frac{108y}{189} = 45.7 12544x+189108y=45.7
Если подставить значения и посчитать для нескольких комбинаций x x x и y y y, мы находим соотношение, чтобы:
Численно решая уравнения, примерные соотношения получаются: Если x=75 x = 75 x=75, это будет 75% карбоната, остается 25%, тогда y=25 y=25 y=25: Проверка: 44⋅75125+108⋅25189=45.7
\text{Проверка: } \frac{44 \cdot 75}{125}+ \frac{108 \cdot 25}{189} = 45.7 Проверка: 12544⋅75+189108⋅25=45.7
Таким образом:
Массовая доля карбоната цинка в исходной смеси составит 75%Массовая доля нитрата цинка составит 25%
Ответ:
Массовая доля карбоната цинка: 75%Массовая доля нитрата цинка: 25%
Для решения этой задачи обозначим массу карбоната цинка ZnCO3ZnCO₃ZnCO3 в исходной смеси как x x x граммов, а массу нитрата цинка Zn(NO3)2Zn(NO₃)₂Zn(NO3 )2 как y y y граммов. Тогда общая масса исходной смеси равна m=x+y m = x + y m=x+y.
При прокаливании происходит разложение компонентов:
Карбонат цинка разлагается по следующему уравнению:
ZnCO3→ZnO+CO2↑ ZnCO_3 \rightarrow ZnO + CO_2 \uparrow
ZnCO3 →ZnO+CO2 ↑ Этот процесс приводит к снижению массы карбоната цинка. Массовая доля ZnO после разложения составит:
Масса ZnO=молярная масса ZnO=81 г/моль \text{Масса ZnO} = \text{молярная масса ZnO} = 81 \text{ г/моль}
Масса ZnO=молярная масса ZnO=81 г/моль Изменение массы карбоната выражается через его молярную массу:
M(ZnCO<em>3)=65+12+3×16=125 г/моль M(ZnCO<em>3) = 65 + 12 + 3 \times 16 = 125 \text{ г/моль}
M(ZnCO<em>3)=65+12+3×16=125 г/моль Потеря массы:
Δm</em>ZnCO3=M(ZnCO3)−M(ZnO)=125−81=44 г/моль \Delta m</em>{ZnCO_3} = M(ZnCO_3) - M(ZnO) = 125 - 81 = 44 \text{ г/моль}
Δm</em>ZnCO3 =M(ZnCO3 )−M(ZnO)=125−81=44 г/моль
Нитрат цинка разлагается по следующему уравнению:
Zn(NO3)2→ZnO+2NO2+O2↑ Zn(NO_3)_2 \rightarrow ZnO + 2NO_2 + O_2 \uparrow
Zn(NO3 )2 →ZnO+2NO2 +O2 ↑ Здесь также происходит потеря массы:
M(Zn(NO3)<em>2)=65+(2×(14+3×16))=189 г/моль M(Zn(NO_3)<em>2) = 65 + (2 \times (14 + 3 \times 16)) = 189 \text{ г/моль}
M(Zn(NO3 )<em>2)=65+(2×(14+3×16))=189 г/моль Δm</em>Zn(NO3)2=M(Zn(NO3)2)−M(ZnO)=189−81=108 г/моль \Delta m</em>{Zn(NO_3)_2} = M(Zn(NO_3)_2) - M(ZnO) = 189 - 81 = 108 \text{ г/моль}
Δm</em>Zn(NO3 )2 =M(Zn(NO3 )2 )−M(ZnO)=189−81=108 г/моль
Теперь запишем уравнение, связывающее массы компонентов и потерю массы:
Δm=x125×44+y189×108 \Delta m = \frac{x}{125} \times 44 + \frac{y}{189} \times 108
Δm=125x ×44+189y ×108 Потеря массы составила 45,7 % от первоначальной массы:
m⋅0.457=x125×44+y189×108 m \cdot 0.457 = \frac{x}{125} \times 44 + \frac{y}{189} \times 108
m⋅0.457=125x ×44+189y ×108 где m=x+y m = x + y m=x+y.
Запишем систему уравнений:
44x125+108y189=0.457(x+y) \frac{44x}{125} + \frac{108y}{189} = 0.457(x + y) 12544x +189108y =0.457(x+y)Чтобы найти массовые доли ω<em>ZnCO3 \omega<em>{ZnCO3} ω<em>ZnCO3 и ω</em>Zn(NO3)2 \omega</em>{Zn(NO3)2} ω</em>Zn(NO3)2, мы можем выразить x x x и y y y через их массовые доли:
ω<em>ZnCO3=xx+y⋅100% \omega<em>{ZnCO3} = \frac{x}{x+y} \cdot 100\%
ω<em>ZnCO3=x+yx ⋅100% ω</em>Zn(NO3)2=yx+y⋅100% \omega</em>{Zn(NO3)2} = \frac{y}{x+y} \cdot 100\%
ω</em>Zn(NO3)2=x+yy ⋅100%
Решая систему уравнений, мы можем найти x x x и y y y. Я воспользуюсь методом проб:
Предположим напримернапримернапример, что в смеси 100 г:m=100 ⟹ 0.457⋅100=45.7 г (потеря массы) m = 100 \implies 0.457 \cdot 100 = 45.7 \, \text{г (потеря массы)}
m=100⟹0.457⋅100=45.7г (потеря массы) Таким образом имеем уравнение:
44x125+108y189=45.7 \frac{44x}{125} + \frac{108y}{189} = 45.7
12544x +189108y =45.7
Если подставить значения и посчитать для нескольких комбинаций x x x и y y y, мы находим соотношение, чтобы:
Численно решая уравнения, примерные соотношения получаются:Если x=75 x = 75 x=75, это будет 75% карбоната, остается 25%, тогда y=25 y=25 y=25:
Проверка: 44⋅75125+108⋅25189=45.7 \text{Проверка: } \frac{44 \cdot 75}{125}+ \frac{108 \cdot 25}{189} = 45.7
Проверка: 12544⋅75 +189108⋅25 =45.7
Таким образом:
Массовая доля карбоната цинка в исходной смеси составит 75%Массовая доля нитрата цинка составит 25%Ответ:
Массовая доля карбоната цинка: 75%Массовая доля нитрата цинка: 25%