Question

Для проведения электролиза на инертных электродах взяли 372,5 г 20%-ного раствора хлорида калия. После того как масса раствора уменьшилась на 29,2 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 152 г 20%-ного раствора сульфата железа(II). Определите массовую долю хлорида калия 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: электролиз хлорида калия приводит к образованию гидроксида калия, который затем реагирует с добавленным сульфатом железа(II), образуя осадок гидроксида железа(II); необходимо отследить количество вещества на каждом этапе и найти массовую долю оставшегося хлорида калия.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{2KCl + 2H2O ->[электролиз] H2 ^ + Cl2 ^ + 2KOH}$$

$$\ce{FeSO4 + 2KOH -> Fe(OH)2 v + K2SO4}$$

**Расчёты:**

1) Определим количество вещества выделившихся газов. Пусть $n(\ce{H2}) = x$ моль, тогда $n(\ce{Cl2}) = x$ моль.

Уменьшение массы раствора равно сумме масс выделившихся газов:

$$m(\ce{H2}) + m(\ce{Cl2}) = 29{,}2 	ext{ г}$$

$$2x + 71x = 29{,}2$$

$$73x = 29{,}2$$

$$x = 0{,}4$$

Следовательно, $n(\ce{H2}) = n(\ce{Cl2}) = 0{,}4$ моль.

2) Вычислим исходное количество хлорида калия:

$$m(\ce{KCl}) = m_{	ext{р-ра}} \cdot \omega(\ce{KCl}) = 372{,}5 \cdot 0{,}2 = 74{,}5 	ext{ г}$$

$$n(\ce{KCl}) = \frac{m(\ce{KCl})}{M(\ce{KCl})} = \frac{74{,}5}{74{,}5} = 1 	ext{ моль}$$

3) Найдём количество вещества хлорида калия, вступившего в реакцию электролиза:

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{KCl}) = 2n(\ce{Cl2}) = 2 \cdot 0{,}4 = 0{,}8 	ext{ моль}$$

Количество оставшегося хлорида калия:

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{KCl}) = 1 - 0{,}8 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост.}}(\ce{KCl}) = 0{,}2 \cdot 74{,}5 = 14{,}9 	ext{ г}$$

4) Вычислим количество вещества сульфата железа(II):

$$m(\ce{FeSO4}) = 152 \cdot 0{,}2 = 30{,}4 	ext{ г}$$

$$n(\ce{FeSO4}) = \frac{30{,}4}{152} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

5) Найдём количество вещества гидроксида калия, образовавшегося при электролизе:

$$n(\ce{KOH}) = 2n(\ce{Cl2}) = 2 \cdot 0{,}4 = 0{,}8 	ext{ моль}$$

6) Определим лимитирующий реагент во второй реакции. Сравним отношения:

$$\frac{n(\ce{FeSO4})}{1} : \frac{n(\ce{KOH})}{2} = \frac{0{,}2}{1} : \frac{0{,}8}{2} = 0{,}2 : 0{,}4$$

Сульфат железа(II) находится в недостатке, поэтому расчёты ведём по нему.

7) Вычислим массу выпавшего осадка гидроксида железа(II):

$$n(\ce{Fe(OH)2}) = n(\ce{FeSO4}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Fe(OH)2}) = 0{,}2 \cdot 90 = 18 	ext{ г}$$

8) Найдём массу конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}} = m_{	ext{р-ра}}(\ce{KCl}) + m_{	ext{р-ра}}(\ce{FeSO4}) - m(\ce{H2}) - m(\ce{Cl2}) - m(\ce{Fe(OH)2})$$

$$m_{	ext{конечн.}} = 372{,}5 + 152 - 29{,}2 - 18 = 477{,}3 	ext{ г}$$

9) Определим массовую долю хлорида калия в конечном растворе:

$$\omega(\ce{KCl}) = \frac{m_{	ext{ост.}}(\ce{KCl})}{m_{	ext{конечн.}}} = \frac{14{,}9}{477{,}3} = 0{,}0312 = 3{,}12\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии