Задание 34 ЕГЭ по химии

Уравнения реакций:

Zn3P2 + 6HCl -> 3ZnCl2 + 2PH3

Mg3N2 + 8HCl -> 3MgCl2 + 2NH4Cl

1 моль Zn3P2 содержит 30·3 + 15·2 = 120 моль электронов.

1 моль Mg3N2 содержит 12·3 + 7·2 = 50 моль электронов.

Пусть в смеси было x моль Zn3P2 и y моль Mg3N2, тогда:

257x + 100y = 65,7

120x + 50y = 32

x = n(Zn3P2) = 0,1 моль; y = n(Mg3N2) = 0,4 моль

m(HCl) = 876·0,25 = 219 г; n(HCl) = 219:36,5 = 6 моль

n(HCl прореагировало) = 6·0,1 + 8·0,4 = 3,8 моль

n(HCl осталось) = 6 − 3,8 = 2,2 моль; m(HCl осталось) = 2,2·36,5 = 80,3 г

n(PH3) = 2·n(Zn3P2) = 0,2 моль; m(PH3) = 0,2·34 = 6,8 г

m(конечного раствора) = 65,7 + 876 − 6,8 = 934,9 г

ω(HCl) = 80,3:934,9·100 = 8,6%

Подробный разбор

Фосфид цинка и нитрид магния — соли, образованные слабыми «кислотами» $PH_{3}$ и $NH_{3}$, поэтому соляная кислота их полностью разлагает. Фосфин из раствора уходит, а аммиак в избытке кислоты остаётся связанным в виде хлорида аммония:

1. $Zn_{3}P_{2} + 6HCl = 3ZnCl_{2} + 2PH_{3}\uparrow$

2. $Mg_{3}N_{2} + 8HCl = 3MgCl_{2} + 2NH_{4}Cl$

3. Число электронов в молекуле равно сумме порядковых номеров атомов: в $Zn_{3}P_{2}$ это $3 \cdot 30 + 2 \cdot 15 = 120$, в $Mg_{3}N_{2}$ — $3 \cdot 12 + 2 \cdot 7 = 50$. Всего в смеси $32N_{A}$ электронов, то есть 32 моль. Пусть $x$ моль — $n(Zn_{3}P_{2})$, $y$ моль — $n(Mg_{3}N_{2})$, тогда по массе и по электронам:

   $257x + 100y = 65{,}7$

   $120x + 50y = 32$

   Отсюда $x = n(Zn_{3}P_{2}) = 0{,}1$ моль, $y = n(Mg_{3}N_{2}) = 0{,}4$ моль.

4. $m(HCl) = 876 \text{ г} \cdot 0{,}25 = 219$ г; $n(HCl) = 219 : 36{,}5 = 6$ моль.

5. По уравнению (1) на 1 моль фосфида идёт 6 моль $HCl$, по уравнению (2) на 1 моль нитрида — 8 моль $HCl$:

   $n(HCl_{\text{прореаг.}}) = 6 \cdot 0{,}1 + 8 \cdot 0{,}4 = 3{,}8$ моль

   $n(HCl_{\text{ост.}}) = 6 - 3{,}8 = 2{,}2$ моль; $m(HCl_{\text{ост.}}) = 2{,}2 \text{ моль} \cdot 36{,}5 \text{ г/моль} = 80{,}3$ г

   Кислота взята в избытке — значит, обе соли растворились полностью, а аммиак связался в $NH_{4}Cl$.

6. Массу раствора уменьшает только улетевший фосфин; по уравнению (1) $n(PH_{3}) = 2 \cdot n(Zn_{3}P_{2}) = 0{,}2$ моль:

   $m(PH_{3}) = 0{,}2 \text{ моль} \cdot 34 \text{ г/моль} = 6{,}8$ г

   $m(\text{р-ра}) = 65{,}7 \text{ г} + 876 \text{ г} - 6{,}8 \text{ г} = 934{,}9$ г

7. $\omega(HCl) = \dfrac{80{,}3 \text{ г}}{934{,}9 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 8{,}6\%$

Ответ: $\omega(HCl) \approx 8{,}6\%$.