E là một khoáng vật của zinc, có tên là hydrozincite, thường có màu trắng đến xám nhạt và được hình thành như một khoáng vật thứ sinh trong vùng oxi hóa của các quặng zinc. Trong khoa học vật liệu, hydrozincite được quan tâm vì có thể dùng làm tiền chất để điều chế ZnO – một vật liệu được ứng dụng trong gốm, xúc tác, cảm biến,… Trong một thí nghiệm mô phỏng quá trình tổng hợp E, người ta cho dung dịch Zn(NO3)2 vào dung dịch Na2CO3, khuấy liên tục trong 2 giờ, thu được chất rắn màu trắng và có khí không màu thoát ra (phản ứng 1). Lọc lấy chất rắn, sấy khô thu được sản phẩm E chứa 59,41% zinc về khối lượng.
Nếu hòa tan hoàn toàn 2,188 gam E trong dung dịch HCl dư, thu được dung dịch F chỉ chứa một muối và giải phóng 0,19832 lít khí không màu duy nhất ở đkc (phản ứng 2).
Nung E đến khối lượng không đổi thu được chất rắn F màu trắng có khối lượng giảm q% so với E (phản ứng 3).
a) Xác định công thức của E và viết phương trình hóa học của ba phản ứng trên.
b) Tính giá trị của q.
(a) Trong 2,188 gam E chứa nZnCO3 = nCO2 = 0,008 mol
—> nZn(OH)2 = (mE – mZnCO3)/99 = 0,012 mol
—> nZnCO3 : nZn(OH)2 = 2 : 3
Vậy E là 2ZnCO3.3Zn(OH)2 hay Zn5(CO3)2(OH)6.
Phản ứng:
(1) 5Zn(NO3)2 + 5Na2CO3 + 3H2O —> Zn5(CO3)2(OH)6 + 3CO2 + 10NaNO3
(2) Zn5(CO3)2(OH)6 + 10HCl —> 5ZnCl2 + 2CO2 + 8H2O
(3) Zn5(CO3)2(OH)6 —> 5ZnO + 2CO2 + 3H2O
(b) Khối lượng giảm là khối lượng CO2 và H2O thoát ra trong (3):
q = (44.2 + 18.3)/547 = 25,96%