Задание №34 — Типы расчётных задач
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 624 г 10%-ного раствора хлорида бария. После того как на катоде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 91,41 г. Вычислите массу 10%-ного раствора карбоната натрия, необходимого для полного осаждения ионов бария из отобранной порции раствора.
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. Ионы бария в водном растворе на катоде не восстанавливаются: там разряжается вода с выделением водорода и накоплением гидроксид-ионов. На аноде окисляются хлорид-ионы. В итоге в растворе образуется гидроксид бария, а часть хлорида бария остаётся нетронутой.
Уравнения реакций:
1) BaCl2 + 2H2O → (электролиз) H2↑ + Cl2↑ + Ba(OH)2
2) BaCl2 + Na2CO3 → BaCO3↓ + 2NaCl
3) Ba(OH)2 + Na2CO3 → BaCO3↓ + 2NaOH
1. Исходные количества веществ.
m(BaCl2) = 624 г · 0,10 = 62,4 г
n(BaCl2) = 62,4 г / 208 г/моль = 0,3 моль
n(H2) = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль
2. Что дал электролиз. По уравнению 1 водород, хлор и образующийся гидроксид бария получаются в отношении 1 : 1 : 1, и столько же соли расходуется:
n(Cl2) = n(Ba(OH)2) = n(BaCl2, прореаг.) = n(H2) = 0,2 моль
0,2 моль меньше 0,3 моль, значит хлорид бария израсходован не полностью:
n(BaCl2, ост.) = 0,3 моль − 0,2 моль = 0,1 моль
m(р-ра) = 624 г − 0,2 моль · 2 г/моль − 0,2 моль · 71 г/моль = 624 г − 0,4 г − 14,2 г = 609,4 г
3. Отобранная порция. Доля отобранного раствора:
91,41 г / 609,4 г = 0,15
n(BaCl2) в порции = 0,1 моль · 0,15 = 0,015 моль
n(Ba(OH)2) в порции = 0,2 моль · 0,15 = 0,03 моль
Суммарное количество ионов бария в порции: n(Ba2+) = 0,015 моль + 0,03 моль = 0,045 моль
4. Сколько нужно карбоната натрия. И по уравнению 2, и по уравнению 3 на 1 моль ионов бария приходится 1 моль Na2CO3, поэтому для полного осаждения бария нужно столько же карбоната, сколько ионов Ba2+:
n(Na2CO3) = 0,045 моль
m(Na2CO3) = 0,045 моль · 106 г/моль = 4,77 г
m(р-ра Na2CO3) = 4,77 г / 0,10 = 47,7 г
Проверка: при этом выпадет n(BaCO3) = 0,045 моль, то есть 0,045 моль · 197 г/моль = 8,865 г осадка — меньше массы взятой порции, что физически осмысленно.
Ответ: необходимо 47,7 г 10%-ного раствора карбоната натрия.
Источник: ФИПИ