Question

Через 640 г 15%-ного раствора сульфата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 11,2 л (н.у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили 200 г 32%-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 сульфата меди(II), определить состав образовавшегося раствора, затем найти остаток щелочи после её взаимодействия с кислотой и вычислить массовую долю.

**Уравнения реакций:**

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

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

$$\ce{2H2O ->[электролиз] 2H2 ^ + O2 ^}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим массу сульфата меди(II) в исходном растворе:

$$m_{\ce{CuSO4}} = 640 \cdot 0{,}15 = 96 	ext{ г}$$

$$n_{\ce{CuSO4}} = \frac{96}{160} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

2) Определим количество кислорода, выделившегося на аноде:

$$n_{\ce{O2}} = \frac{11{,}2}{22{,}4} = 0{,}5 	ext{ моль}$$

3) При полном электролизе сульфата меди(II) выделилось бы:

$$n_1(\ce{O2}) = \frac{n_{\ce{CuSO4}}}{2} = \frac{0{,}6}{2} = 0{,}3 	ext{ моль}$$

4) Избыток кислорода образовался при электролизе воды:

$$n_2(\ce{O2}) = 0{,}5 - 0{,}3 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

Соответственно водорода выделилось:

$$n_{\ce{H2}} = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{H2}} = 0{,}4 \cdot 2 = 0{,}8 	ext{ г}$$

5) Масса выделившегося кислорода:

$$m_{\ce{O2}} = 0{,}5 \cdot 32 = 16 	ext{ г}$$

6) На катоде выделилась медь:

$$n_{\ce{Cu}} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

$$m_{\ce{Cu}} = 0{,}6 \cdot 64 = 38{,}4 	ext{ г}$$

7) Образовалось серной кислоты:

$$n_{\ce{H2SO4}} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

8) Вычислим количество гидроксида натрия в добавленном растворе:

$$m_{\ce{NaOH}} = 200 \cdot 0{,}32 = 64 	ext{ г}$$

$$n_{\ce{NaOH}} = \frac{64}{40} = 1{,}6 	ext{ моль}$$

9) При реакции с кислотой израсходовалось:

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{NaOH}) = 2 \cdot 0{,}6 = 1{,}2 	ext{ моль}$$

Осталось щелочи:

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{NaOH}) = 1{,}6 - 1{,}2 = 0{,}4 	ext{ моль}$$

$$m_{	ext{ост.}}(\ce{NaOH}) = 0{,}4 \cdot 40 = 16 	ext{ г}$$

10) Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}} = 640 + 200 - 16 - 0{,}8 - 38{,}4 = 784{,}8 	ext{ г}$$

11) Массовая доля оставшейся щелочи:

$$\omega_{\ce{NaOH}} = \frac{16}{784{,}8} = 0{,}0204 \approx 2\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии