Question

Для проведения электролиза на инертных электродах взяли 640 г 15%-ного раствора сульфата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 32 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 400 г 20%-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: при электролизе раствора $\ce{CuSO4}$ выделяются медь и кислород; затем образовавшиеся вещества и оставшаяся соль реагируют с добавленной щелочью; нужно отследить количество щелочи, прошедшей в реакции, и найти её долю в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

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

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

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

**Расчёты:**

**Шаг 1.** Определим количество выделившихся меди и кислорода.

Пусть $n(\ce{O2}) = x$ моль, тогда $n(\ce{Cu}) = 2x$ моль (из уравнения электролиза).

Убыль массы раствора равна сумме масс выделившихся веществ:

$$m(\ce{O2}) + m(\ce{Cu}) = 32 	ext{ г}$$

$$32x + 128x = 32$$

$$160x = 32$$

$$x = 0{,}2$$

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

**Шаг 2.** Найдём начальное количество $\ce{CuSO4}$ в растворе.

$$m(\ce{CuSO4}) = 640 \cdot 0{,}15 = 96 	ext{ г}$$

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

**Шаг 3.** Определим количество образовавшейся серной кислоты и оставшейся соли меди.

Из уравнения электролиза: $n(\ce{H2SO4}) = n(\ce{Cu}) = 0{,}4$ моль.

Количество прореагировавшего $\ce{CuSO4}$: $n_{	ext{прор.}}(\ce{CuSO4}) = 0{,}4$ моль.

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

**Шаг 4.** Вычислим количество гидроксида натрия в добавленном растворе.

$$m(\ce{NaOH}) = 400 \cdot 0{,}2 = 80 	ext{ г}$$

$$n(\ce{NaOH}) = \frac{80}{40} = 2 	ext{ моль}$$

**Шаг 5.** Определим расход щелочи на реакции с кислотой и солью меди.

На нейтрализацию $\ce{H2SO4}$: $n_{	ext{прор.1}}(\ce{NaOH}) = 2 \cdot 0{,}4 = 0{,}8$ моль.

На осаждение $\ce{Cu(OH)2}$: $n_{	ext{прор.2}}(\ce{NaOH}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4$ моль.

Оставшееся количество щелочи: $n_{	ext{ост.}}(\ce{NaOH}) = 2 - 0{,}8 - 0{,}4 = 0{,}8$ моль.

Масса оставшейся щелочи: $m_{	ext{ост.}}(\ce{NaOH}) = 0{,}8 \cdot 40 = 32$ г.

**Шаг 6.** Найдём массу образовавшегося осадка.

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

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

**Шаг 7.** Вычислим массу конечного раствора$$m_{	ext{конечн.}} = 640 + 400 - 32 - 19{,}6 = 988{,}4 	ext{ г}$$

(Вычитаем массу выделившихся газов и осадка.)

**Шаг 8.** Определим массовую долю щелочи в конечном растворе$$\omega(\ce{NaOH}) = \frac{32}{988{,}4} = 0{,}0324 = 3{,}24\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии