Задание №34 — Типы расчётных задач
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 282 г 40%-ного раствора нитрата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась
на 32 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40%-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 искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. При электролизе раствора нитрата меди(II) на инертных электродах на катоде выделяется медь, на аноде — кислород, а в растворе накапливается азотная кислота. Масса раствора уменьшается именно на массу этих двух покинувших раствор веществ.
Уравнения реакций:
1) 2Cu(NO3)2 + 2H2O → (электролиз) 2Cu + O2↑ + 4HNO3
2) HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
3) Cu(NO3)2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaNO3
1. Исходное количество соли.
m(Cu(NO3)2) = 282 г · 0,40 = 112,8 г
n(Cu(NO3)2) = 112,8 г / 188 г/моль = 0,6 моль
2. Что дал электролиз. Пусть на катоде выделилось x моль меди. По уравнению 1 кислорода при этом выделяется вдвое меньше, то есть 0,5x моль. Убыль массы раствора равна сумме масс меди и кислорода:
64 г/моль · x + 32 г/моль · 0,5x = 32 г
80x = 32 → x = 0,4 моль
n(Cu) = 0,4 моль, n(O2) = 0,2 моль, n(HNO3) = 2 · n(Cu) = 0,8 моль
Израсходовано 0,4 моль соли, что меньше исходных 0,6 моль, значит в растворе осталось
n(Cu(NO3)2, ост.) = 0,6 моль − 0,4 моль = 0,2 моль
m(р-ра) = 282 г − 32 г = 250 г
3. Добавление щёлочи.
m(NaOH) = 140 г · 0,40 = 56 г; n(NaOH) = 56 г / 40 г/моль = 1,4 моль
Щёлочь расходуется сначала на нейтрализацию азотной кислоты (уравнение 2), а затем на осаждение меди (уравнение 3):
n(NaOH) на кислоту = n(HNO3) = 0,8 моль
n(NaOH) на соль = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль
всего израсходовано 0,8 моль + 0,4 моль = 1,2 моль, а взято 1,4 моль — щёлочь в избытке, поэтому она и остаётся в конечном растворе:
n(NaOH, ост.) = 1,4 моль − 1,2 моль = 0,2 моль; m(NaOH, ост.) = 0,2 моль · 40 г/моль = 8 г
m(Cu(OH)2) = 0,2 моль · 98 г/моль = 19,6 г
4. Массовая доля щёлочи.
m(р-ра кон.) = 250 г + 140 г − 19,6 г = 370,4 г
w(NaOH) = 8 г / 370,4 г = 0,0216, или 2,16 %
Проверка: по натрию — 1,4 моль Na распределились как 1,2 моль NaNO3 и 0,2 моль NaOH; по меди — 0,4 моль осело на катоде и 0,2 моль ушло в осадок Cu(OH)2, в сумме 0,6 моль, как и было взято.
Ответ: w(NaOH) ≈ 2,16 %.
Источник: ФИПИ