Question

Для проведения электролиза на инертных электродах взяли 390 г 15%-ного раствора хлорида натрия. После того как масса раствора уменьшилась на 21,9 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 160 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). Определите массовую долю хлорида 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: при электролизе раствора $\ce{NaCl}$ выделяются газы, масса раствора уменьшается; образовавшийся $\ce{NaOH}$ реагирует с добавленным $\ce{CuSO4}$, осадок выпадает, и нужно найти долю оставшегося $\ce{NaCl}$ в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

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

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

**Расчёты:**

1) Убыль массы раствора обусловлена выделением водорода и хлора. Обозначим $n(\ce{H2}) = x$ моль, тогда $n(\ce{Cl2}) = x$ моль (по стехиометрии первого уравнения).

$$2x + 71x = 21{,}9$$
$$x = 0{,}3$$

Следовательно, $n(\ce{H2}) = n(\ce{Cl2}) = 0{,}3$ моль.

2) Количество вещества сульфата меди(II):

$$m(\ce{CuSO4}) = 160 \cdot 0{,}20 = 32 	ext{ г}$$
$$n(\ce{CuSO4}) = \frac{32}{160} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

3) Количество вещества гидроксида натрия, образовавшегося при электролизе:

$$n(\ce{NaOH}) = 2 \cdot 0{,}3 = 0{,}6 	ext{ моль}$$

4) Определяем лимитирующий реагент во второй реакции:

$$\frac{n(\ce{CuSO4})}{1} = 0{,}2; \quad \frac{n(\ce{NaOH})}{2} = 0{,}3$$

Так как $0{,}2 < 0{,}3$, то $\ce{CuSO4}$ — в недостатке.

5) Масса осадка гидроксида меди(II):

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

6) Исходное количество хлорида натрия:

$$m(\ce{NaCl}) = 390 \cdot 0{,}15 = 58{,}5 	ext{ г}$$
$$n(\ce{NaCl}) = \frac{58{,}5}{58{,}5} = 1 	ext{ моль}$$

7) Хлорид натрия не участвует в электролизе (он остаётся в растворе). Его количество в конечном растворе:

$$n_{	ext{ост}}(\ce{NaCl}) = 1 	ext{ моль}$$
$$m_{	ext{ост}}(\ce{NaCl}) = 1 \cdot 58{,}5 = 58{,}5 	ext{ г}$$

8) Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн}} = 390 + 160 - 21{,}9 - 19{,}6 = 508{,}5 	ext{ г}$$

9) Массовая доля хлорида натрия в конечном растворе:

$$\omega(\ce{NaCl}) = \frac{58{,}5}{508{,}5} = 0{,}115 = 11{,}5\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии