Question

Для проведения электролиза на инертных электродах взяли 800 мл раствора сульфата меди(II) с концентрацией соли 0,75 моль/л и плотностью 1 г/мл. Электролиз проводили до тех пор, пока на аноде не выделилось 6,4 г газа. В получившийся раствор добавили 875 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией щелочи 1,5 моль/л и плотностью 1,12 г/мл. Определите массовую долю щелочи в конечном 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 остаток соли и кислоты, затем рассчитать взаимодействие с гидроксидом натрия и найти массовую долю оставшейся щелочи.

**Уравнения реакций:**

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

$$\ce{2NaOH + H2SO4 -> Na2SO4 + 2H2O}$$

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

**Расчёты:**

1) Вычислим количество кислорода, выделившегося на аноде:

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

2) Найдём количество сульфата меди(II) в исходном растворе и его массу:

$$n(\ce{CuSO4}) = c(\ce{CuSO4}) \cdot V_{	ext{р-ра}} = 0{,}75 \cdot 0{,}8 = 0{,}6 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{р-ра}}(\ce{CuSO4}) = ho_{	ext{р-ра}} \cdot V_{	ext{р-ра}} = 1 \cdot 800 = 800 	ext{ г}$$

Соотношение $\frac{n(\ce{CuSO4})}{n(\ce{O2})} = \frac{0{,}6}{0{,}2} = 3$, следовательно, электролиз протекает неполностью.

3) Определим количество меди, выделившейся на катоде:

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

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

4) Найдём количество образовавшейся серной кислоты:

$$n(\ce{H2SO4}) = 2n(\ce{O2}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

5) Вычислим количество гидроксида натрия в добавленном растворе и его массу:

$$n(\ce{NaOH}) = c(\ce{NaOH}) \cdot V_{	ext{р-ра}} = 1{,}5 \cdot 0{,}875 = 1{,}3 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{р-ра}}(\ce{NaOH}) = ho_{	ext{р-ра}} \cdot V_{	ext{р-ра}} = 1{,}12 \cdot 875 = 980 	ext{ г}$$

6) Гидроксид натрия вступает в реакцию сначала с серной кислотой. Расходуется:

$$n_1(\ce{NaOH}) = 2n(\ce{H2SO4}) = 2 \cdot 0{,}4 = 0{,}8 	ext{ моль}$$

7) Найдём остаток сульфата меди(II):

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{CuSO4}) = 2n(\ce{O2}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

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

8) Оставшийся сульфат меди(II) реагирует с оставшимся гидроксидом натрия:

$$n_2(\ce{NaOH}) = 2n_{	ext{ост.}}(\ce{CuSO4}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

9) Вычислим количество оставшегося гидроксида натрия:

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{NaOH}) = n(\ce{NaOH}) - n_1(\ce{NaOH}) - n_2(\ce{NaOH}) = 1{,}3 - 0{,}8 - 0{,}4 = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост.}}(\ce{NaOH}) = n_{	ext{ост.}}(\ce{NaOH}) \cdot M(\ce{NaOH}) = 0{,}1 \cdot 40 = 4 	ext{ г}$$

10) Найдём массу гидроксида меди(II), образовавшегося в реакции:

$$n(\ce{Cu(OH)2}) = n_{	ext{ост.}}(\ce{CuSO4}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

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

11) Определим массу конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}} = m_{	ext{р-ра}}(\ce{CuSO4}) + m_{	ext{р-ра}}(\ce{NaOH}) - m(\ce{Cu}) - m(\ce{O2}) - m(\ce{Cu(OH)2})$$

$$m_{	ext{конечн.}} = 800 + 980 - 25{,}6 - 6{,}4 - 19{,}6 = 1728{,}4 	ext{ г}$$

12) Вычислим массовую долю оставшегося гидроксида натрия:

$$\omega(\ce{NaOH}) = \frac{m_{	ext{ост.}}(\ce{NaOH})}{m_{	ext{конечн.}}} = \frac{4}{1728{,}4} = 0{,}0023 = 0{,}23\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии