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Se hacen reaccionar 40,0 gramos de zinc al 90% de pureza con 120 mL de acido nitrico al 63% masa/masa y densidad 1,35 gramos/mL . determine:
a) la concentracion en mol/L de la sal y de la sustancia sobrante en la solucion .
b) los moles de hidrogeno obtenidos.
c) el porcentaje de pureza de las granallas de zinc, si al hacer reaccionar 0,112 Kg del metal, se obtienen 0,75 moles de hidrogeno.

Cálculo de moles:

                             90 g Zn puro
40 g Zn impuro · ---------------------- = 36 g Zn puro
                           100 g Zn impuro

n(Zn) = 36 g / 65.4 g/mol = 0.55 mol Zn

120 mL solución · 1.35 g solución/1 mL solución · 63 g soluto/100 g solución = 102.1 g HNO₃

n(HNO₃) = 102.1 g / 63 g/mol = 1.62 mol HNO₃

Reacción:

En el apartado b) se pide la cantidad de H2 obtenida. Es sabido que el Zn puede reducir al H+ para dar H2, pero esta no es la reacción que el cinc presenta con el ácido nítrico; sobre todo con nítrico concentrado, como es el caso, el cinc es capaz de reducir al N(V) del nítrico hasta N(-3) de los iones amonio. También podría reducirlo hasta distintos óxidos del N, como N2O, o NO, dependiendo de la concentración y de la temperatura, pero la reacción aceptada es la que produce iones amonio. No obstante, para seguir el ejercicio tal como se propone, escribiremos la reacción de producción de H2:

Zn + 2 HNO₃   →   Zn(NO₃)₂ + H₂

Como se ve, 1 mol de Zn reacciona con 2 moles de nítrico. Como tenemos 0.55 mol Zn, hacen falta para la reacción 2·055 = 1.10 mol de ácido nítrico. Como tenemos 1.62 mol, es evidente que sobran 1.62 - 1.10 = 0.52 mol de HNO₃ para reaccionar con todo el cinc. Se producirán, por la misma razón, 0.55 mol de Zn(NO₃)₂ y 0.55 mol de H₂.

a) Concentración del nitrato de cinc:

0.55 mol / 0.120 L = 4.58 mol/L

Concentración del nítrico sobrante:

0.52 mol / 0.120 L = 4,33 mol/L

b) Como queda dicho, se obtienen 0.55 mol de H₂.

c) Con 112 g de Zn, que son 112 / 65.4 = 1.71 mol Zn se obtendrían teóricamente 1.71 mol H₂ (ya que cada mol de Zn produce 1 mol de H₂).

Si sólo se producen 0.75 mol H₂ es porque el Zn es impuro; esa cantidad corresponde a 0.75 mol Zn, que en masa es 0.75 · 65.4 = 49.05 g Zn.

La pureza de la granalla es, pues,

(49.05 / 112) · 100 = 43.8%

Un saludo