Skoro znana jest nam już część metodyki postępowania w przypadku rozwiązywania problemów ilościowych w układach z reakcją chemiczną, zróbmy kolejny krok i rozwiążmy następujący problem:

Do 585 cm³ roztworu kwasu solnego o stężeniu 17,40% i gęstości 1082 g/dm³ wrzucono ważącą 100,0 g próbkę blendy cynkowej (ruda cynku - ZnS). Jakie było stężenie procentowe uzyskanego po zakończeniu przebiegu reakcji roztworu chlorku cynku?
M_H = 1,008 g/mol M_Cl = 35,45 g/mol M_Zn = 65,39 g/mol M_S = 32,07 g/mol

Odpowiedź na zadane pytanie jest prosta. Stężenie procentowe otrzymanego roztworu chlorku cynku jest z definicji równe:

Jak widać obliczenie stężenia procentowego chlorku cynku (indeks cc) w otrzymanym roztworze wymaga ustalenia masy wytworzonego chlorku cynku (m_cc) oraz masy roztworu (m_r,cc).

Masę ZnCl₂ obliczymy znając jego liczność, a ta jest równa liczności zużytego ZnS (bo w obu tych solach w jednej cząsteczce soli jest jeden atom Zn - ściślej jon Zn²⁺). Liczność siarczku cynku (indeks sc) jest natomiast dana jako iloraz masy ZnS i jego masy molowej.

Pozwalamy sobie zwrócić czytelnikowi uwagę na użycie w komentarzu słowa „zużytego” a nie „użytego”. Chcemy bowiem wyraźnie zaznaczyć, że w tej chwili nie wiemy czy cały użyty ZnS zostanie w reakcji zużyty. Z cała pewnością jest jednak tak, że liczność powstałego chlorku cynku jest równa liczności zużytego w reakcji siarczku cynku.

Obliczenie masy roztworu wymaga pewnej ostrożności. Z prawa zachowania masy wynika bowiem, że masa produktów jest równa masie substratów. Stosowne równanie reakcji chemicznej ma następującą postać:

ZnS + 2HCl = ZnCl₂ + H₂S↑

Proszę jednak zauważyć, że na masę roztworu nie złożą się ani wydzielający się gazowy H₂S, (który jako gaz opuści środowisko reakcji - fakt ten zaznaczyliśmy w równaniu reakcji znakiem ↑) ani też nieprzereagowany ZnS (Gdyby miało się okazać, że użyto zbyt małej ilości kwasu - tego w tej chwili nie wiemy - pozostanie w układzie stały - a więc nienależący do roztworu - substrat: ZnS). W tej sytuacji trzeba bezwzględnie wpierw ustalić liczności ZnS i HCl (indek ks) oraz H₂S. W rzeczywistości liczność ZnS jest równa:

Z równania reakcji wynika, że:

Jeśli czytelnik odniósł wrażenie, że powinniśmy byli (mając na uwadze równanie reakcji ZnS + 2HCl = ZnCl₂ + H₂S) napisać n_cc = min(n_sc, 2n_ks) prosimy prześledzić poniższe wyjaśnienie. W omawianym wyrażeniu wielkości w nawiasie są w istocie licznością chlorku cynku wyrażoną raz za pomocą siarczku cynku a raz za pomocą kwasu solnego. W szczególności, interesującą nas drugą zależność można zapisać w postaci n_cc = 0,5n_ks (co czytamy: liczność chlorku cynku jest równa połowie liczności kwasu solnego). Jej prawdziwość (lub nie!) łatwo sprawdzić podstawiając zamiast n_ks liczność wziętą wprost z równania reakcji (czyli 2 mole). Mamy wtedy n_cc = 0,5·2 = 1. Oznacza to, że używając dwóch moli kwasu uzyskamy jeden mol soli. Taki wynik zgodny jest z z treścią równania reakcji. Gdyby tą zależnością było n_cc = 2n_ks, uzyskalibyśmy w analogicznym postępowaniu wartość 4 mole, co stoi w jaskrawej sprzeczności z treścią równania reakcji.

Liczność kwasu solnego można obliczyć następująco:

Ponownie zwracamy uwagę czytelnika na konieczność zachowania ostrożności w trakcie wykonywania obliczeń (objętość roztworu kwasu V_r,ks podano w cm³, a jego gęstość d_r,ks w g/dm³. Bez odpowiedniego przeliczenia pomnożyć tych dwóch wielkości nie wolno).
Z przeprowadzonych obliczeń uzyskujemy zatem, że n_cc = min(1,02606; 0,5·3,02092) = min(1,02606; 1,51046) = 1,02606 mola. Wynik ten wskazuje, że cały siarczek cynku uległ reakcji. Ponieważ ilość powstałego chlorku cynku (n_cc) jest już znana, znamy też jego masę:

Masa roztworu (wobec faktu, że cały ZnS uległ roztworzeniu) jest równa:

W równaniu tym nie jest znana wartość m_H2S, którą łatwo wylicza się wiedząc, że ilość H₂S jest równa ilości ZnCl₂ (Relacja między substratami (jeśli są co najmniej dwa) lub produktami (jeśli są co najmniej dwa) jest (!) dana wprost równaniem reakcji):

Ostatecznie więc stężenie ZnCl₂ w otrzymanym roztworze jest równe:

Pamiętając o dokładności obliczeń na zadane pytanie odpowiemy ostatecznie: Uzyskany po zakończeniu reakcji roztwór chlorku cynku ma stężenie 20,0%

---