Question

Через 234 г 20%-ного раствора хлорида натрия пропускали электрический ток до тех пор, пока на катоде не выделилось 13,44 л (н.у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили 160 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). Определите массовую долю щелочи 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: при электролизе раствора хлорида натрия образуется гидроксид натрия; затем он реагирует с добавленным сульфатом меди(II), и остаток щелочи определяет её массовую долю в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{2NaCl + 2H2O ->[электролиз] 2NaOH + Cl2 ^ + H2 ^}$$

$$\ce{CuSO4 + 2NaOH -> Cu(OH)2 v + Na2SO4}$$

При электролизе воды:

$$\ce{2H2O ->[электролиз] 2H2 ^ + O2 ^}$$

**Расчёты:**

1) Масса хлорида натрия в исходном растворе:
$$m(\ce{NaCl}) = 234 \cdot 0{,}2 = 46{,}8 	ext{ г}$$

Количество вещества:
$$n(\ce{NaCl}) = \frac{46{,}8}{58{,}5} = 0{,}8 	ext{ моль}$$

2) Количество водорода, выделившегося на катоде:
$$n(\ce{H2}) = \frac{13{,}44}{22{,}4} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

3) При полном электролизе хлорида натрия выделилось бы:
$$n_1(\ce{H2}) = \frac{n(\ce{NaCl})}{2} = \frac{0{,}8}{2} = 0{,}4 	ext{ моль}$$

4) Избыток водорода образовался при электролизе воды:
$$n_2(\ce{H2}) = 0{,}6 - 0{,}4 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

Соответствующее количество кислорода:
$$n(\ce{O2}) = \frac{n_2(\ce{H2})}{2} = \frac{0{,}2}{2} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{O2}) = 0{,}1 \cdot 32 = 3{,}2 	ext{ г}$$

5) Количество хлора, выделившегося на аноде:
$$n(\ce{Cl2}) = \frac{n(\ce{NaCl})}{2} = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Cl2}) = 0{,}4 \cdot 71 = 28{,}4 	ext{ г}$$

6) Количество образовавшегося гидроксида натрия:
$$n(\ce{NaOH}) = n(\ce{NaCl}) = 0{,}8 	ext{ моль}$$

7) Масса сульфата меди(II) в добавленном растворе:
$$m(\ce{CuSO4}) = 160 \cdot 0{,}2 = 32 	ext{ г}$$

$$n(\ce{CuSO4}) = \frac{32}{160} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

8) Количество гидроксида натрия, вступившего в реакцию:
$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{NaOH}) = 2 \cdot n(\ce{CuSO4}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

Остаток гидроксида натрия:
$$n_{	ext{ост.}}(\ce{NaOH}) = 0{,}8 - 0{,}4 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост.}}(\ce{NaOH}) = 0{,}4 \cdot 40 = 16 	ext{ г}$$

9) Количество и масса выпавшего осадка гидроксида меди(II):
$$n(\ce{Cu(OH)2}) = n(\ce{CuSO4}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

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

10) Масса конечного раствора (исходные растворы минус выделившиеся газы и осадок):
$$m_{	ext{конечн.}} = 234 + 160 - 3{,}2 - 1{,}2 - 28{,}4 - 19{,}6 = 341{,}6 	ext{ г}$$

(Масса водорода: $m(\ce{H2}) = 0{,}6 \cdot 2 = 1{,}2$ г)

11) Массовая доля щелочи в конечном растворе:
$$\omega(\ce{NaOH}) = \frac{16}{341{,}6} = 0{,}0468 \approx 4{,}7\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии