Химия

Для определения концентрации раствора перманганата калия использована реакция с оксалатом

$5C_2O_4^{2-} + 2MnO_4^{-} + 16H^{+} = 10CO_2 + 2Mn^{2+} + 8H_2O$.

В этом окислительно-восстановительном процессе эквивалент оксалата натрия $Э_1 = \frac{M_1}{2}$, а эквивалент перманганата $Э_2 = \frac{1}{5}|M_2 = \frac{158}{5} = 31,6$. Было взято $n_1( \frac{m_1}{Э_1} )$ г-экв $Na_2C_2O_4$, которые прореагировали с равным количеством грамм-эквивалентов $KMnO_4$, следовательно, концентрация раствора перманганата калия равна

$с_n = \frac{m_1}{Э_1V_2} = \frac{246,6}{67 \cdot 9,2} = 0,4$ мг-экв/мл, или 0,4 н.

При встряхивании смеси цинковой пыли и оксида цинка с раствором сульфата железа (III) происходит восстановление соли железа(III) в соль железа (II)

$2Fe^{3+} + Zn = 2Fe^{2+} + Zn^{2+}$.

Поскольку раствор соли железа (III) был гидролизован и обладал кислой реакцией, в раствор перешла и часть оксида цинка, но этот переход не связан с окислительно-восстановительным процессом.
(При этом могут выпасть основные соли железа (III)

$Fe^{3+} + 2H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)^{2+} + H_3O^{+}$,
$2H_3O^{+} + ZnO \rightarrow Zn^{2+} + 2H_O$,
$Fe(OH)^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow Fe(OH)SO_4$.

При подкислении суспензии $Zn + ZnO + Fe(OH)SO_4$ серной кислотой происходит дальнейшее восстановление солей железа (III) и растворение как $ZnO$, так и $Zn$

$ZnO + 2H^{+} = Zn^{2+} + H_2O$,
$Zn + 2H^{+} = Zn^{2+} + H_2$,
$2Fe(OH)SO_4 + 2H^{+} + Zn = 2Fe^{2+} + Zn^{2+} + 2SO_2^{4-} + H_2O$.

Кроме того, перманганатометрическое определение соли железа (II) ведут в кислой среде.)
При титровании соли железа (II) происходит ее окисление перманганатом

$5Fe^{2+} + 2MnO_4^{-} + 16H^{+} = 5Fe^{3+} + 2Mn^{2+} + 8H_2O$.

Количество образовавшейся соли железа (II) эквивалентно количеству прореагировавшего цинка ($A = 65$, $Э = 32,5$)

$V_1 \cdot c = 30,6 \cdot 0,4 = 12,24$ мг-экв,

а его масса

$m_1 = 32,5 \cdot 12,24 = 397,8 \: мг = 0,3978$ г.

Масса окиси цинка ($M = 81$) $m_2 = 0,45 - 0,3978 = 0,0522$ г, и в ней содержится

$m_3 = \frac{0,0522 \cdot 65}{81} = 0,0419 \: г \: Zn$.

Общее количество цинка (как элемента) в пробе равно

$m_1 + m_3 = 0,3978 + 0,0419 = 0,4397$ г,

процентное содержание

цинка как элемента - $\frac{0,4397}{0,45} = 97,7$ %,
металлического цинка - $\frac{0,3978 \cdot 100}{0,45} = 88,4$ %,
окиси цинка - $\frac{0,0552 \cdot 100}{0,45} = 11,6$ %.

(Задача не имеет решения, если соль железа взята в таком количестве, что не весь цинк окисляется ею и при обработке ее кислотой происходит выделение водорода.)