Question

Для проведения электролиза на инертных электродах взяли 282 г 40%-ного раствора нитрата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 32 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. 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 выделяются медь и кислород; затем щелочь нейтрализует образовавшуюся кислоту и осаждает оставшуюся медь; найдём массовую долю избыточной щелочи в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

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

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

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

**Расчёты:**

1) Убыль массы раствора произошла за счёт выделившихся меди и кислорода. Обозначим $n(\ce{O2}) = x$ моль, тогда $n(\ce{Cu}) = 2x$ моль (из стехиометрии реакции).

$$m(\ce{O2}) + m(\ce{Cu}) = 32 	ext{ г}$$

$$32x + 128x = 32$$

$$x = 0{,}2 	ext{ моль}$$

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

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

$$m(\ce{Cu(NO3)2}) = 282 \cdot 0{,}4 = 112{,}8 	ext{ г}$$

$$n(\ce{Cu(NO3)2}) = \frac{112{,}8}{188} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

3) Количество образовавшейся азотной кислоты:

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

4) Количество оставшегося нитрата меди(II):

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 0{,}6 - 0{,}4 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

5) Масса выпавшего гидроксида меди(II):

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

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

6) Количество вещества гидроксида натрия в добавленном растворе:

$$m(\ce{NaOH}) = 140 \cdot 0{,}4 = 56 	ext{ г}$$

$$n(\ce{NaOH}) = \frac{56}{40} = 1{,}4 	ext{ моль}$$

7) Гидроксид натрия расходуется на нейтрализацию кислоты и осаждение меди:

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{NaOH}) = n(\ce{HNO3}) + 2n_{	ext{ост.}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 0{,}8 + 2 \cdot 0{,}2 = 1{,}2 	ext{ моль}$$

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

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

8) Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}} = 282 + 140 - 32 - 19{,}6 = 370{,}4 	ext{ г}$$

9) Массовая доля оставшегося гидроксида натрия:

$$\omega(\ce{NaOH}) = \frac{8}{370{,}4} = 0{,}0216 = 2{,}16\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии