Question

Через 376 г 30%-ного раствора нитрата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 8,96 л (н.у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили 224 г 25%-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: проследить электролиз раствора нитрата меди(II), определить образовавшиеся вещества, затем рассчитать взаимодействие с гидроксидом натрия и найти массовую долю оставшейся щелочи в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

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

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

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

**Расчёты:**

1) Масса нитрата меди(II) в исходном растворе:

$$m_{\ce{Cu(NO3)2}} = 376 \cdot 0{,}30 = 112{,}8 	ext{ г}$$

Количество вещества:

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

2) Количество кислорода, выделившегося на аноде:

$$n_{\ce{O2}} = \frac{8{,}96}{22{,}4} = 0{,}4 	ext{ моль}$$

3) При полном электролизе нитрата меди(II) выделилось бы кислорода:

$$n_1{\ce{O2}} = \frac{n_{\ce{Cu(NO3)2}}}{2} = \frac{0{,}6}{2} = 0{,}3 	ext{ моль}$$

4) Кислород, образовавшийся при электролизе воды:

$$n_2{\ce{O2}} = 0{,}4 - 0{,}3 = 0{,}1 	ext{ моль}$$

5) Количество водорода, выделившегося на катоде:

$$n_{\ce{H2}} = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

Масса водорода:

$$m_{\ce{H2}} = 0{,}2 \cdot 2 = 0{,}4 	ext{ г}$$

6) Количество и масса меди, выделившейся на катоде:

$$n_{\ce{Cu}} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{Cu}} = 0{,}6 \cdot 64 = 38{,}4 	ext{ г}$$

7) Масса кислорода, выделившегося на аноде:

$$m_{\ce{O2}} = 0{,}4 \cdot 32 = 12{,}8 	ext{ г}$$

8) Количество образовавшейся азотной кислоты:

$$n_{\ce{HNO3}} = 2 \cdot 0{,}6 = 1{,}2 	ext{ моль}$$

9) Масса гидроксида натрия в добавленном растворе:

$$m_{\ce{NaOH}} = 224 \cdot 0{,}25 = 56 	ext{ г}$$

Количество вещества:

$$n_{\ce{NaOH}} = \frac{56}{40} = 1{,}4 	ext{ моль}$$

10) Количество гидроксида натрия, вступившего в реакцию с кислотой:

$$n_{	ext{прореаг.}}{\ce{NaOH}} = 1{,}2 	ext{ моль}$$

Оставшееся количество щелочи:

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

Масса оставшейся щелочи:

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

11) Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}} = 376 + 224 - 12{,}8 - 0{,}4 - 38{,}4 = 548{,}4 	ext{ г}$$

12) Массовая доля оставшегося гидроксида натрия:

$$\omega_{\ce{NaOH}} = \frac{8}{548{,}4} = 0{,}0146 = 1{,}46\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии