Question

Для проведения электролиза на инертных электродах взяли 400 мл раствора нитрата меди(II) с концентрацией соли 1,25 моль/л и плотностью 1,12 г/мл. Электролиз проводили до тех пор, пока на аноде не выделилось 3,36 л (н.у.) газа. В получившийся раствор добавили 800 мл раствора карбоната натрия с молярной концентрацией 0,25 моль/л и плотностью 1,05 г/мл. Определите массовую долю нитрата меди(II) в конечном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления.

Accepted Answer

Answer

Идея решения: проследить превращение нитрата меди(II) при электролизе, затем определить, какая часть оставшейся соли сохранится после добавления карбоната натрия, и вычислить её массовую долю в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

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

$$\ce{Na2CO3 + 2HNO3 -> 2NaNO3 + CO2 ^ + H2O}$$

**Расчёты:**

1) Количество кислорода, выделившегося на аноде:

$$n(\ce{O2}) = \frac{V(\ce{O2})}{V_m} = \frac{3{,}36}{22{,}4} = 0{,}15 	ext{ моль}$$

2) Количество меди, выделившейся на катоде (из стехиометрии первого уравнения):

$$n(\ce{Cu}) = 2n(\ce{O2}) = 2 \cdot 0{,}15 = 0{,}3 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Cu}) = 0{,}3 \cdot 64 = 19{,}2 	ext{ г}$$

3) Количество образовавшейся азотной кислоты:

$$n(\ce{HNO3}) = 4n(\ce{O2}) = 4 \cdot 0{,}15 = 0{,}6 	ext{ моль}$$

4) Количество нитрата меди(II), прореагировавшего при электролизе:

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 2n(\ce{O2}) = 0{,}3 	ext{ моль}$$

5) Исходное количество нитрата меди(II):

$$n(\ce{Cu(NO3)2}) = 1{,}25 \cdot 0{,}4 = 0{,}5 	ext{ моль}$$

6) Количество оставшегося нитрата меди(II) после электролиза:

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 0{,}5 - 0{,}3 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост.}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 0{,}2 \cdot 188 = 37{,}6 	ext{ г}$$

7) Количество карбоната натрия:

$$n(\ce{Na2CO3}) = 0{,}25 \cdot 0{,}8 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

8) Проверка избытка/недостатка во второй реакции:

$$\frac{n(\ce{Na2CO3})}{1} = 0{,}2; \quad \frac{n(\ce{HNO3})}{2} = 0{,}3$$

Карбонат натрия находится в недостатке, азотная кислота — в избытке. Расчёты ведём по карбонату натрия.

9) Количество выделившегося углекислого газа:

$$n(\ce{CO2}) = n(\ce{Na2CO3}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{CO2}) = 0{,}2 \cdot 44 = 8{,}8 	ext{ г}$$

10) Масса исходного раствора нитрата меди(II):

$$m_{	ext{р-ра}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 1{,}12 \cdot 400 = 448 	ext{ г}$$

11) Масса раствора карбоната натрия:

$$m_{	ext{р-ра}}(\ce{Na2CO3}) = 1{,}05 \cdot 800 = 840 	ext{ г}$$

12) Масса конечного раствора (вычитаем выделившиеся газы и осадок меди):

$$m_{	ext{конечн.}} = 448 + 840 - 19{,}2 - 4{,}8 - 8{,}8 = 1255{,}2 	ext{ г}$$

13) Массовая доля оставшегося нитрата меди(II):

$$\omega(\ce{Cu(NO3)2}) = \frac{37{,}6}{1255{,}2} = 0{,}03 = 3\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии