Question

Для проведения электролиза на инертных электродах взяли 170 г 15%-ного раствора хлорида лития. После того как на аноде выделилось 2,24 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 410 г 16%-ного раствора фосфата натрия. Определите массовую долю фосфата натрия 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 хлорида лития, определить количество образовавшихся гидроксида лития и оставшегося хлорида, затем рассчитать взаимодействие с фосфатом натрия и найти массовую долю непрореагировавшего фосфата в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

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

$$\ce{3LiOH + Na3PO4 -> Li3PO4 v + 3NaOH}$$

$$\ce{3LiCl + Na3PO4 -> Li3PO4 v + 3NaCl}$$

**Расчёты:**

1) Количество хлора, выделившегося на аноде:

$$n(\ce{Cl2}) = \frac{V(\ce{Cl2})}{V_m} = \frac{2{,}24}{22{,}4} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Cl2}) = n(\ce{Cl2}) \cdot M(\ce{Cl2}) = 0{,}1 \cdot 71 = 7{,}1 	ext{ г}$$

2) Количество водорода, выделившегося на катоде:

$$n(\ce{H2}) = n(\ce{Cl2}) = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{H2}) = n(\ce{H2}) \cdot M(\ce{H2}) = 0{,}1 \cdot 2 = 0{,}2 	ext{ г}$$

3) Количество хлорида лития в исходном растворе:

$$m(\ce{LiCl}) = m_{	ext{р-ра}} \cdot \omega(\ce{LiCl}) = 170 \cdot 0{,}15 = 25{,}5 	ext{ г}$$

$$n(\ce{LiCl}) = \frac{m(\ce{LiCl})}{M(\ce{LiCl})} = \frac{25{,}5}{42{,}5} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

4) Количество образовавшегося гидроксида лития:

$$n(\ce{LiOH}) = 2n(\ce{Cl2}) = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

5) Количество оставшегося хлорида лития:

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{LiCl}) = 2n(\ce{Cl2}) = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

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

6) Количество фосфата натрия в добавленном растворе:

$$m(\ce{Na3PO4}) = m_{	ext{р-ра}} \cdot \omega(\ce{Na3PO4}) = 410 \cdot 0{,}16 = 65{,}6 	ext{ г}$$

$$n(\ce{Na3PO4}) = \frac{m(\ce{Na3PO4})}{M(\ce{Na3PO4})} = \frac{65{,}6}{164} = 0{,}4 	ext{ моль}$$

7) Количество фосфата натрия, прореагировавшего с гидроксидом лития:

$$n_{	ext{прореаг.1}}(\ce{Na3PO4}) = \frac{n(\ce{LiOH})}{3} = \frac{0{,}2}{3} = 0{,}067 	ext{ моль}$$

8) Количество фосфата натрия, прореагировавшего с хлоридом лития:

$$n_{	ext{прореаг.2}}(\ce{Na3PO4}) = \frac{n_{	ext{ост.}}(\ce{LiCl})}{3} = \frac{0{,}4}{3} = 0{,}133 	ext{ моль}$$

9) Количество оставшегося фосфата натрия:

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{Na3PO4}) = n(\ce{Na3PO4}) - n_{	ext{прореаг.1}}(\ce{Na3PO4}) - n_{	ext{прореаг.2}}(\ce{Na3PO4})$$

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{Na3PO4}) = 0{,}4 - 0{,}067 - 0{,}133 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост.}}(\ce{Na3PO4}) = n_{	ext{ост.}}(\ce{Na3PO4}) \cdot M(\ce{Na3PO4}) = 0{,}2 \cdot 164 = 32{,}8 	ext{ г}$$

10) Количество выпавшего фосфата лития:

$$n(\ce{Li3PO4}) = \frac{n(\ce{LiOH})}{3} + \frac{n_{	ext{ост.}}(\ce{LiCl})}{3} = \frac{0{,}2}{3} + \frac{0{,}4}{3} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{Li3PO4}) = n(\ce{Li3PO4}) \cdot M(\ce{Li3PO4}) = 0{,}2 \cdot 116 = 23{,}2 	ext{ г}$$

11) Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}} = m_{	ext{р-ра}}(\ce{LiCl}) + m_{	ext{р-ра}}(\ce{Na3PO4}) - m(\ce{H2}) - m(\ce{Cl2}) - m(\ce{Li3PO4})$$

$$m_{	ext{конечн.}} = 170 + 410 - 0{,}2 - 7{,}1 - 23{,}2 = 549{,}5 	ext{ г}$$

12) Массовая доля фосфата натрия в конечном растворе:

$$\omega(\ce{Na3PO4}) = \frac{m_{	ext{ост.}}(\ce{Na3PO4})}{m_{	ext{конечн.}}} = \frac{32{,}8}{549{,}5} = 0{,}0597 \approx 6{,}0\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии