Při přípravě roztoků je jednou z důležitých charakteristik jejich koncentrace. Roztok 10% kyseliny chlorovodíkové je roztok, který obsahuje 10 g kyseliny chlorovodíkové na 100 g roztoku. Ale jak poznáte, kolik gramů zinku se v takovém roztoku rozpustí?
K řešení tohoto problému lze využít znalosti chemických vlastností látek. Zinek reaguje s kyselinou chlorovodíkovou, vytváří chlorid zinečnatý a uvolňuje vodík. Reakce mezi zinkem a kyselinou chlorovodíkovou lze zaznamenat následovně:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Koeficienty před vzorci látek v reakci ukazují, v jakém poměru interagují. Podle reakční rovnice připadá na 1 mol zinku 2 mol kyseliny chlorovodíkové. A protože molární hmotnost zinku je asi 65 g/mol, potřebujeme k určení hmotnosti rozpustného zinku vědět, kolik molů kyseliny chlorovodíkové je v roztoku.
Cíl výzkumu
Výchozí data
V tomto úkolu je nám dáno:
Hmotnost roztoku kyseliny chlorovodíkové: 220 g
Koncentrace kyseliny chlorovodíkové: 10%
Je nutné najít množství gramů zinku, které se v tomto roztoku rozpustí.
Metodika výzkumu
Pro stanovení množství gramů zinku rozpuštěného ve 220 g 10% kyseliny chlorovodíkové je nutné použít metodu rozpustnosti.
Chcete-li to provést, musíte nejprve vypočítat množství rozpouštědla (kyseliny chlorovodíkové) v gramech. Protože roztok má koncentraci 10%, znamená to, že 100 g roztoku obsahuje 10 g kyseliny chlorovodíkové. Při použití poměru lze vypočítat, že 220 g roztoku bude obsahovat:
(220 g roztoku / 100 g) * 10 g kyseliny chlorovodíkové = 22 g kyseliny chlorovodíkové.
Dále je nutné vytvořit a provést chemickou reakci popisující rozpouštění zinku v kyselině chlorovodíkové:
Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)
Z reakční rovnice je zřejmé, že k rozpuštění 1 molu zinku potřebujete 2 mol kyseliny chlorovodíkové. Použitím molových proporcí lze vypočítat počet molů kyseliny chlorovodíkové potřebných k rozpuštění zinku:
Molové proporce: (2 mol HCl / 1 mol Zn) * (22 g HCl / 36.5 g mol -1 ) = 0.60 mol HCl.
Poté lze na základě údajů o rozpustnosti zinku v kyselině chlorovodíkové vypočítat počet gramů zinku rozpustných v daném systému. Podle původních údajů je známo, že ve 100 g kyseliny chlorovodíkové se rozpustí 390 g zinku. Použitím poměru lze vypočítat počet gramů zinku:
(0.60 mol HCl / 100 g HCl) * 390 g Zn = 2.34 G Zn.
Takže se všemi výpočty je počet gramů zinku rozpuštěných ve 220 g 10% kyseliny chlorovodíkové přibližně 2,34 g.
Výpočet množství zinku
Pro výpočet množství zinku rozpuštěného ve 220 g 10% kyseliny chlorovodíkové je nutné použít poměr mezi hmotností rozpouštědla a jeho rozpouštědlem:
| Látka | Massa, g. |
|---|---|
| Zinek | - |
| Kyselina chlorovodíková | 220 g |
10% kyseliny chlorovodíkové znamená, že 100 g roztoku obsahuje 10 g kyseliny chlorovodíkové. Proto 220 g obsahuje 10% kyseliny chlorovodíkové:
Hmotnost kyseliny chlorovodíkové = (220 g × 10 g) / 100 g = 22 g
K rozpuštění 1 g zinku je zapotřebí 2 g kyseliny chlorovodíkové. Vypočítáme potřebné množství kyseliny chlorovodíkové k rozpuštění celého zinku:
Potřebná hmotnost kyseliny chlorovodíkové = (hmotnost zinku × 2 g) / 1 g = 2 × Hmotnost zinku
2 × Hmotnost zinku = 22 g
Hmotnost zinku = 22 g / 2 = 11 g
Ve 220 g se tedy 10% kyseliny chlorovodíkové rozpustí 11 g zinku.
Výpočet množství kyseliny chlorovodíkové
Pro výpočet množství kyseliny chlorovodíkové je nutné znát koncentraci roztoku a jeho hmotnost.
V tomto případě je známa hmotnost roztoku kyseliny chlorovodíkové, která je 220 g.kromě toho je známa koncentrace tohoto roztoku, která se rovná 10%.
Chcete-li vypočítat množství kyseliny chlorovodíkové, musíte použít vzorec:
Množství kyseliny chlorovodíkové = hmotnost roztoku * koncentrace roztoku.
Uveďte známé významy do vzorce:
Množství kyseliny chlorovodíkové = 220 g * 0,10 = 22 g.
Ve 220 g se tedy 10% kyseliny chlorovodíkové rozpustí 22 g zinku.
Výsledky a diskuse
K vyřešení tohoto problému je třeba vzít v úvahu hmotnostní podíl kyseliny chlorovodíkové v roztoku a použít zákon dvojitých proporcí. Hmotnostní podíl kyseliny chlorovodíkové v roztoku je uveden jako 10%. To znamená, že 100 g roztoku obsahuje 10 g kyseliny chlorovodíkové.
Pro výpočet množství gramů zinku rozpuštěného v roztoku použijeme reakční rovnici:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Z rovnice vyplývá, že 1 mol zinku reaguje se 2 moly kyseliny chlorovodíkové. Molární hmotnost zinku je 65.38 g/mol a molární hmotnost kyseliny chlorovodíkové je 36.46 g / mol.
Pro výpočet množství gramů zinku rozpuštěného ve 220 g roztoku použijeme poměr:
10 g HCL-100 g roztoku
x G Zn-220 g roztoku
Vložíme hodnoty do vzorce:
x = (220 g * 10 g Zn) / 100 g HCl
Ve 220 g se tedy 10% kyseliny chlorovodíkové rozpustí 22 g zinku.
Množství rozpuštěného zinku
Pro stanovení množství rozpuštěného zinku 220 g 10% kyseliny chlorovodíkové je třeba vzít v úvahu koncentraci a hmotnost roztoku.
Nejprve určíme hmotnost kyseliny chlorovodíkové v roztoku. Objem 10% roztoku lze vypočítat s ohledem na desetiprocentní koncentraci. K tomu je nutné vynásobit hmotnost roztoku procentuální koncentrací a vydělit 100.
Hmotnost 10% roztoku kyseliny chlorovodíkové je 220 g * 10% = 22 g.
Množství rozpuštěného zinku lze určit znalostí jeho reakce s kyselinou chlorovodíkovou, ve které se tvoří komplex soli ve formě chloridu zinečnatého. Reakční rovnice:
Tato rovnice ukazuje, že mol zinečnatý se rozpouští dvakrát více než mol kyseliny chlorovodíkové. Proto se z 22 g kyseliny chlorovodíkové rozpustí:
Hmotnost zinku = 22 g * (1/2) = 11 g.
Množství rozpuštěného zinku 220 g 10% kyseliny chlorovodíkové je tedy 11 g.
Objem vyčerpané kyseliny chlorovodíkové
K vyřešení tohoto problému je třeba využít vyvažování chemických rovnic a zákona zachování hmoty.
Takže 220 g obsahuje 10% kyseliny chlorovodíkové:
220 g * 10 g/100 ml = 22 g kyseliny chlorovodíkové.
S vědomím, že molární hmotnost kyseliny chlorovodíkové je 36,5 g / mol, můžeme vypočítat množství látky kyseliny chlorovodíkové:
množství látky = hmotnost / molární hmotnost = 22 g/36,5 g / mol = 0,602 mol.
V rovnovážné rovnici chemické reakce mezi zinkem a kyselinou chlorovodíkovou je známo, že dochází k tvorbě vodíku a rozpouštění zinku za vzniku zinkových iontů:
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂.
Podle rovnice se na každý mol zinku rozpustí 2 moly kyseliny chlorovodíkové. Náš limitující reaktiv je tedy kyselina chlorovodíková a množství vyčerpané kyseliny chlorovodíkové bude 2 * 0,602 mol = 1,204 mol.
Objem vyčerpané kyseliny chlorovodíkové lze tedy vypočítat s vědomím, že 1 mol plynu za normálních podmínek zabírá objem 22,4 l:
objem spotřebované kyseliny = množství látky * 22,4 l/mol = 1,204 mol * 22,4 l / mol = 26,978 l.
Takže objem vyčerpané kyseliny chlorovodíkové je 26,978 l.