Question

Для проведения электролиза на инертных электродах взяли 400 мл раствора нитрата меди(II) с концентрацией соли 1,5 моль/л и плотностью раствора 1,15 г/мл. Электролиз проводили до тех пор, пока на аноде не выделилось 4,48 л (н.у.) газа. В получившийся раствор добавили 700 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией щелочи 2 моль/л и плотностью 1,12 г/мл. Определите массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: проследить электролиз нитрата меди(II), определить остаток соли и кислоты, затем рассчитать взаимодействие с гидроксидом натрия и найти массовую долю оставшейся щелочи.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{2Cu(NO3)2 + 2H2O ->[электролиз] 2Cu + 4HNO3 + O2 ^}$$

$$\ce{NaOH + HNO3 -> NaNO3 + H2O}$$

$$\ce{Cu(NO3)2 + 2NaOH -> Cu(OH)2 v + 2NaNO3}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество кислорода, выделившегося на аноде:

$$n(\ce{O2}) = \frac{V(\ce{O2})}{V_m} = \frac{4{,}48}{22{,}4} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

2) Найдём количество вещества нитрата меди(II) в исходном растворе:

$$n(\ce{Cu(NO3)2}) = c(\ce{Cu(NO3)2}) \cdot V = 1{,}5 \cdot 0{,}4 = 0{,}6 	ext{ моль}$$

Масса раствора нитрата меди(II):

$$m_{	ext{р-ра}} = ho \cdot V = 1{,}15 \cdot 400 = 460 	ext{ г}$$

3) По стехиометрии электролиза из уравнения [1]: на 2 моль $\ce{Cu(NO3)2}$ выделяется 1 моль $\ce{O2}$. Соотношение $\frac{n(\ce{Cu(NO3)2})}{n(\ce{O2})} = \frac{0{,}6}{0{,}2} = 3 > 2$, следовательно, электролиз протекает неполностью.

4) Количество меди, выделившейся на катоде:

$$n(\ce{Cu}) = 2n(\ce{O2}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Cu}) = 0{,}4 \cdot 64 = 25{,}6 	ext{ г}$$

5) Количество образовавшейся азотной кислоты:

$$n(\ce{HNO3}) = 4n(\ce{O2}) = 4 \cdot 0{,}2 = 0{,}8 	ext{ моль}$$

6) Количество гидроксида натрия в добавленном растворе:

$$n(\ce{NaOH}) = c(\ce{NaOH}) \cdot V = 2 \cdot 0{,}7 = 1{,}4 	ext{ моль}$$

Масса раствора гидроксида натрия:

$$m_{	ext{р-ра}} = 1{,}12 \cdot 700 = 784 	ext{ г}$$

7) Гидроксид натрия сначала нейтрализует азотную кислоту (реакция [2]):

$$n_{	ext{расход}}(\ce{NaOH}) = n(\ce{HNO3}) = 0{,}8 	ext{ моль}$$

8) Количество непрореагировавшего нитрата меди(II):

$$n_{	ext{ост}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 0{,}6 - 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

9) Оставшийся гидроксид натрия реагирует с нитратом меди(II) (реакция [3]):

$$n_{	ext{расход}}(\ce{NaOH}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

10) Количество оставшегося гидроксида натрия:

$$n_{	ext{ост}}(\ce{NaOH}) = 1{,}4 - 0{,}8 - 0{,}4 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост}}(\ce{NaOH}) = 0{,}2 \cdot 40 = 8 	ext{ г}$$

11) Количество и масса гидроксида меди(II):

$$n(\ce{Cu(OH)2}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Cu(OH)2}) = 0{,}2 \cdot 98 = 19{,}6 	ext{ г}$$

12) Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн}} = 460 + 784 - 25{,}6 - 6{,}4 - 19{,}6 = 1192{,}4 	ext{ г}$$

13) Массовая доля гидроксида натрия в конечном растворе:

$$\omega(\ce{NaOH}) = \frac{8}{1192{,}4} = 0{,}0067 = 0{,}67\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии