Задание №34 — Типы расчётных задач
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 376 г 30%-ного раствора нитрата меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 224 г 25%-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 окисляется вода с выделением кислорода, а в растворе накапливается азотная кислота.
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. Исходные количества веществ.
m(Cu(NO3)2) = 376 г · 0,30 = 112,8 г
n(Cu(NO3)2) = 112,8 г / 188 г/моль = 0,6 моль
n(O2) = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль
2. Что дал электролиз. По уравнению 1 на 1 моль O2 приходится 2 моль меди и 4 моль азотной кислоты:
n(Cu) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль, n(HNO3) = 4 · 0,2 моль = 0,8 моль
Израсходовано 0,4 моль соли — меньше исходных 0,6 моль, значит осталось
n(Cu(NO3)2, ост.) = 0,6 моль − 0,4 моль = 0,2 моль
m(р-ра) = 376 г − 0,4 моль · 64 г/моль − 0,2 моль · 32 г/моль = 376 г − 25,6 г − 6,4 г = 344 г
3. Добавление щёлочи.
m(NaOH) = 224 г · 0,25 = 56 г; n(NaOH) = 56 г / 40 г/моль = 1,4 моль
Щёлочь сначала нейтрализует кислоту, и лишь затем осаждает медь:
n(NaOH) на HNO3 = 0,8 моль; n(NaOH) на Cu(NO3)2 = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль
израсходовано 1,2 моль из 1,4 моль — щёлочь в избытке:
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.) = 344 г + 224 г − 19,6 г = 548,4 г
w(NaOH) = 8 г / 548,4 г = 0,0146, или 1,46 %
Проверка: по азоту — исходные 1,2 моль нитрат-ионов целиком остались в растворе (0,8 моль из кислоты и 0,4 моль из оставшейся соли перешли в NaNO3), газообразных азотсодержащих продуктов нет, поэтому убыль массы объясняется только медью, кислородом и осадком.
Ответ: w(NaOH) ≈ 1,46 %.
Источник: ФИПИ