Задание №34 — Типы расчётных задач
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 470 г 20%-ного раствора нитрата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась
на 24 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 212 г 10%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю нитрата меди(II) 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. Именно она первой встречает добавленный карбонат натрия.
Уравнения реакций:
1) 2Cu(NO3)2 + 2H2O → (электролиз) 2Cu + O2↑ + 4HNO3
2) Na2CO3 + 2HNO3 → 2NaNO3 + CO2↑ + H2O
1. Исходное количество соли.
m(Cu(NO3)2) = 470 г · 0,20 = 94 г
n(Cu(NO3)2) = 94 г / 188 г/моль = 0,5 моль
2. Что дал электролиз. Пусть выделилось x моль меди, тогда кислорода 0,5x моль. Убыль массы раствора:
64 г/моль · x + 32 г/моль · 0,5x = 24 г → 80x = 24 → x = 0,3 моль
n(Cu) = 0,3 моль, n(O2) = 0,15 моль, n(HNO3) = 2 · 0,3 моль = 0,6 моль
Израсходовано 0,3 моль соли из 0,5 моль, значит осталось
n(Cu(NO3)2, ост.) = 0,5 моль − 0,3 моль = 0,2 моль
m(Cu(NO3)2, ост.) = 0,2 моль · 188 г/моль = 37,6 г
m(р-ра) = 470 г − 24 г = 446 г
3. Добавление карбоната натрия.
m(Na2CO3) = 212 г · 0,10 = 21,2 г; n(Na2CO3) = 21,2 г / 106 г/моль = 0,2 моль
Карбонат реагирует прежде всего с кислотой. По уравнению 2 на 0,2 моль Na2CO3 требуется 0,4 моль HNO3, а кислоты 0,6 моль: кислота в избытке, карбонат в недостатке. Поэтому весь карбонат расходуется на нейтрализацию, до нитрата меди(II) он не доходит и количество Cu(NO3)2 не меняется.
n(CO2) = n(Na2CO3) = 0,2 моль; m(CO2) = 0,2 моль · 44 г/моль = 8,8 г
4. Массовая доля нитрата меди(II).
m(р-ра кон.) = 446 г + 212 г − 8,8 г = 649,2 г
w(Cu(NO3)2) = 37,6 г / 649,2 г = 0,0579, или 5,79 %
Проверка: после реакции в растворе остаётся ещё 0,6 моль − 0,4 моль = 0,2 моль HNO3, поэтому осадок основного карбоната или гидроксида меди(II) образоваться не может — расчёт на «нетронутый» Cu(NO3)2 верен.
Ответ: w(Cu(NO3)2) ≈ 5,79 %.
Источник: ФИПИ