Question

Для проведения электролиза на инертных электродах взяли 376 г 30%-ного раствора нитрата меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза 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 количество образовавшихся продуктов и непрореагировавшего исходного вещества, затем рассчитать, сколько щелочи останется после взаимодействия с кислотой и солью меди.

**Уравнения реакций:**

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

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

$$\ce{Cu(NO3)2 + 2NaOH -> Cu(OH)2 v + 2NaNO3}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество кислорода, выделившегося на аноде:

$$n(\ce{O2}) = \frac{V(\ce{O2})}{V_m} = \frac{4{,}48}{22{,}4} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{O2}) = n(\ce{O2}) \cdot M(\ce{O2}) = 0{,}2 \cdot 32 = 6{,}4 	ext{ г}$$

2) Найдём количество меди, выделившейся на катоде:

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

$$m(\ce{Cu}) = n(\ce{Cu}) \cdot M(\ce{Cu}) = 0{,}4 \cdot 64 = 25{,}6 	ext{ г}$$

3) Определим исходное количество нитрата меди(II):

$$m(\ce{Cu(NO3)2}) = 376 \cdot 0{,}3 = 112{,}8 	ext{ г}$$

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

4) Вычислим количество образовавшейся азотной кислоты:

$$n(\ce{HNO3}) = 4n(\ce{O2}) = 4 \cdot 0{,}2 = 0{,}8 	ext{ моль}$$

5) Найдём количество непрореагировавшего нитрата меди(II):

$$n_{	ext{прореаг}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 2n(\ce{O2}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{ост}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 0{,}6 - 0{,}4 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

6) Определим массу гидроксида меди(II), образовавшегося в осадок:

$$n(\ce{Cu(OH)2}) = n_{	ext{ост}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

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

7) Вычислим количество гидроксида натрия в добавленном растворе:

$$m(\ce{NaOH}) = 224 \cdot 0{,}25 = 56 	ext{ г}$$

$$n(\ce{NaOH}) = \frac{56}{40} = 1{,}4 	ext{ моль}$$

8) Найдём количество щелочи, израсходованной на реакции:

На нейтрализацию азотной кислоты:
$$n_{	ext{прореаг.1}}(\ce{NaOH}) = n(\ce{HNO3}) = 0{,}8 	ext{ моль}$$

На осаждение меди:
$$n_{	ext{прореаг.2}}(\ce{NaOH}) = 2n_{	ext{ост}}(\ce{Cu(NO3)2}) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

Оставшееся количество щелочи:
$$n_{	ext{ост}}(\ce{NaOH}) = 1{,}4 - 0{,}8 - 0{,}4 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

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

9) Вычислим массу конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн}} = 376 + 224 - 25{,}6 - 6{,}4 - 19{,}6 = 548{,}4 	ext{ г}$$

10) Определим массовую долю щелочи в конечном растворе:

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

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии