Question

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 270 г 20%-ного раствора хлорида меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 120 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щёлочи 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 $\ce{CuCl2}$, определить остаток соли, затем найти, сколько щёлочи останется после взаимодействия с образовавшимся гидроксидом меди(II).

**Уравнения реакций:**

Электролиз хлорида меди(II):

$$\ce{CuCl2 ->[электролиз] Cu + Cl2}$$

Взаимодействие оставшейся соли с гидроксидом натрия:

$$\ce{CuCl2 + 2NaOH -> Cu(OH)2 v + 2NaCl}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество хлора, выделившегося на аноде:

$$n(\ce{Cl2}) = \frac{V(\ce{Cl2})}{V_m} = \frac{4{,}48}{22{,}4} = 0{,}2 	ext{ моль}$$

2) Найдём массу выделившейся меди на катоде. По стехиометрии электролиза $n(\ce{Cu}) = n(\ce{Cl2}) = 0{,}2$ моль:

$$m(\ce{Cu}) = 0{,}2 \cdot 64 = 12{,}8 	ext{ г}$$

3) Определим начальное количество $\ce{CuCl2}$ в растворе:

$$m(\ce{CuCl2}) = 270 \cdot 0{,}2 = 54 	ext{ г}$$

$$n(\ce{CuCl2}) = \frac{54}{135} = 0{,}4 	ext{ моль}$$

4) Найдём оставшееся количество $\ce{CuCl2}$ после электролиза:

$$n_{	ext{прореаг.}}(\ce{CuCl2}) = n(\ce{Cu}) = 0{,}2 	ext{ моль}$$

$$n_{	ext{ост.}}(\ce{CuCl2}) = 0{,}4 - 0{,}2 = 0{,}2 	ext{ моль}$$

5) При добавлении щёлочи оставшаяся соль образует осадок:

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

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

6) Вычислим количество $\ce{NaOH}$ в добавленном растворе:

$$m(\ce{NaOH}) = 120 \cdot 0{,}2 = 24 	ext{ г}$$

$$n(\ce{NaOH}) = \frac{24}{40} = 0{,}6 	ext{ моль}$$

7) По уравнению реакции на 0,2 моль $\ce{CuCl2}$ требуется $2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4$ моль $\ce{NaOH}$. Оставшееся количество щёлочи:

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

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

8) Определим массу конечного раствора. При электролизе и осаждении из раствора удаляются медь и хлор, а также выпадает осадок:

$$m_{	ext{конечн.}} = 270 + 120 - 12{,}8 - 14{,}2 - 19{,}6 = 343{,}4 	ext{ г}$$

(где $m(\ce{Cl2}) = 0{,}2 \cdot 71 = 14{,}2$ г)

9) Массовая доля оставшейся щёлочи:

$$\omega(\ce{NaOH}) = \frac{8}{343{,}4} = 0{,}0233 = 2{,}33\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии