Задание №34 — Типы расчётных задач
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 640 г 15%-ного раствора сульфата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 32 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 400 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 искомых физических величин).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение. При электролизе раствора сульфата меди(II) на инертных электродах на катоде выделяется медь, на аноде — кислород, в растворе накапливается серная кислота. Убыль массы раствора равна суммарной массе меди и кислорода.
Уравнения реакций:
1) 2CuSO4 + 2H2O → (электролиз) 2Cu + O2↑ + 2H2SO4
2) H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
3) CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
1. Исходное количество соли.
m(CuSO4) = 640 г · 0,15 = 96 г
n(CuSO4) = 96 г / 160 г/моль = 0,6 моль
2. Что дал электролиз. Пусть выделилось x моль меди, тогда кислорода 0,5x моль (уравнение 1). Убыль массы раствора:
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(H2SO4) = n(Cu) = 0,4 моль
Израсходовано 0,4 моль соли, что меньше 0,6 моль, поэтому осталось
n(CuSO4, ост.) = 0,6 моль − 0,4 моль = 0,2 моль
m(р-ра) = 640 г − 32 г = 608 г
3. Добавление щёлочи.
m(NaOH) = 400 г · 0,20 = 80 г; n(NaOH) = 80 г / 40 г/моль = 2 моль
Сначала щёлочь нейтрализует кислоту, затем осаждает медь:
n(NaOH) на H2SO4 = 2 · 0,4 моль = 0,8 моль
n(NaOH) на CuSO4 = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль
израсходовано 1,2 моль из 2 моль — щёлочь в избытке:
n(NaOH, ост.) = 2 моль − 1,2 моль = 0,8 моль; m(NaOH, ост.) = 0,8 моль · 40 г/моль = 32 г
m(Cu(OH)2) = 0,2 моль · 98 г/моль = 19,6 г
4. Массовая доля щёлочи.
m(р-ра кон.) = 608 г + 400 г − 19,6 г = 988,4 г
w(NaOH) = 32 г / 988,4 г = 0,0324, или 3,24 %
Проверка: по сере — 0,6 моль сульфат-ионов; из них 0,4 моль перешло в H2SO4 и далее в Na2SO4, 0,2 моль остались в CuSO4 и тоже дали Na2SO4; итого 0,6 моль Na2SO4, на что ушло 1,2 моль натрия — совпадает с израсходованной щёлочью.
Ответ: w(NaOH) ≈ 3,24 %.
Источник: ФИПИ