Question

Для проведения электролиза на инертных электродах взяли 240 г 40%-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 665,6 г 25%-ного раствора хлорида бария. Определите массовую долю хлорида бария 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 сульфата меди(II), определить состав раствора после электролиза, рассчитать взаимодействие с хлоридом бария и найти массовую долю оставшегося хлорида бария в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{2CuSO4 + 2H2O ->[электролиз] 2Cu + 2H2SO4 + O2 ^}$$

$$\ce{H2SO4 + BaCl2 -> BaSO4 v + 2HCl}$$

$$\ce{CuSO4 + BaCl2 -> BaSO4 v + CuCl2}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество кислорода, выделившегося на аноде:

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

$$m(\ce{O2}) = n(\ce{O2}) \cdot M(\ce{O2}) = 0{,}2 \cdot 32 = 6{,}4 	ext{ г}$$

2) Найдём количество меди, выделившейся на катоде:

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

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

3) Определим количество сульфата меди(II) в исходном растворе:

$$m(\ce{CuSO4}) = m_{	ext{р-ра}} \cdot \omega(\ce{CuSO4}) = 240 \cdot 0{,}4 = 96 	ext{ г}$$

$$n(\ce{CuSO4}) = \frac{m(\ce{CuSO4})}{M(\ce{CuSO4})} = \frac{96}{160} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

4) Вычислим количество образовавшейся серной кислоты:

$$n(\ce{H2SO4}) = n(\ce{Cu}) = 0{,}4 	ext{ моль}$$

5) Найдём количество оставшегося сульфата меди(II):

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{CuSO4}) = n(\ce{Cu}) = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{CuSO4}) = n(\ce{CuSO4}) - n_{	ext{прореаг.}}(\ce{CuSO4}) = 0{,}6 - 0{,}4 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

6) Определим количество хлорида бария в добавленном растворе:

$$m(\ce{BaCl2}) = m_{	ext{р-ра}} \cdot \omega(\ce{BaCl2}) = 665{,}6 \cdot 0{,}25 = 166{,}4 	ext{ г}$$

$$n(\ce{BaCl2}) = \frac{m(\ce{BaCl2})}{M(\ce{BaCl2})} = \frac{166{,}4}{208} = 0{,}8 	ext{ моль}$$

7) Вычислим количество оставшегося хлорида бария:

$$n_{	ext{прореаг.}}^{(2)}(\ce{BaCl2}) = n(\ce{H2SO4}) = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{прореаг.}}^{(3)}(\ce{BaCl2}) = n_{	ext{ост.}}(\ce{CuSO4}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{BaCl2}) = n(\ce{BaCl2}) - n_{	ext{прореаг.}}^{(2)}(\ce{BaCl2}) - n_{	ext{прореаг.}}^{(3)}(\ce{BaCl2}) = 0{,}8 - 0{,}4 - 0{,}2 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост.}}(\ce{BaCl2}) = n_{	ext{ост.}}(\ce{BaCl2}) \cdot M(\ce{BaCl2}) = 0{,}2 \cdot 208 = 41{,}6 	ext{ г}$$

8) Найдём массу выпавшего сульфата бария:

$$n(\ce{BaSO4}) = n(\ce{H2SO4}) + n_{	ext{ост.}}(\ce{CuSO4}) = 0{,}4 + 0{,}2 = 0{,}6 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{BaSO4}) = n(\ce{BaSO4}) \cdot M(\ce{BaSO4}) = 0{,}6 \cdot 233 = 139{,}8 	ext{ г}$$

9) Вычислим массу конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}} = m_{	ext{р-ра}}(\ce{CuSO4}) + m_{	ext{р-ра}}(\ce{BaCl2}) - m(\ce{Cu}) - m(\ce{O2}) - m(\ce{BaSO4})$$

$$m_{	ext{конечн.}} = 240 + 665{,}6 - 25{,}6 - 6{,}4 - 139{,}8 = 733{,}8 	ext{ г}$$

10) Определим массовую долю хлорида бария в конечном растворе:

$$\omega(\ce{BaCl2}) = \frac{m_{	ext{ост.}}(\ce{BaCl2})}{m_{	ext{конечн.}}} = \frac{41{,}6}{733{,}8} = 0{,}0567 = 5{,}67\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии