Задание №34 — Типы расчётных задач
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 312 г 15%-ного раствора хлорида натрия. После того как на катоде выделилось 6,72 л (н.у.) газа, процесс остановили и отобрали порцию полученного раствора массой 58,02 г. Вычислите массу 20%-ного раствора сульфата меди(II), необходимого для полного осаждения гидроксид-ионов 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. При электролизе раствора хлорида натрия ионы Na+ на катоде не восстанавливаются — там разряжается вода с выделением водорода, на аноде окисляются хлорид-ионы. В растворе накапливается щёлочь.
Уравнения реакций:
1) 2NaCl + 2H2O → (электролиз) 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
2) 2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
1. Исходные количества веществ.
m(NaCl) = 312 г · 0,15 = 46,8 г
n(NaCl) = 46,8 г / 58,5 г/моль = 0,8 моль
n(H2) = 6,72 л / 22,4 л/моль = 0,3 моль
2. Что дал электролиз. По уравнению 1 на 1 моль H2 расходуется 2 моль NaCl, выделяется 1 моль Cl2 и образуется 2 моль NaOH:
n(NaCl, прореаг.) = 2 · 0,3 моль = 0,6 моль; n(NaOH) = 0,6 моль; n(Cl2) = 0,3 моль
0,6 моль меньше 0,8 моль, значит соль израсходована не полностью: n(NaCl, ост.) = 0,2 моль
m(р-ра) = 312 г − 0,3 моль · 2 г/моль − 0,3 моль · 71 г/моль = 312 г − 0,6 г − 21,3 г = 290,1 г
3. Отобранная порция. Доля отобранного раствора:
58,02 г / 290,1 г = 0,2
n(NaOH) в порции = 0,6 моль · 0,2 = 0,12 моль, то есть n(OH−) = 0,12 моль
(оставшийся NaCl с сульфатом меди(II) не реагирует и в расчёт не входит)
4. Сколько нужно сульфата меди(II). По уравнению 2 на 2 моль гидроксид-ионов приходится 1 моль CuSO4; полное осаждение гидроксид-ионов означает, что израсходована вся щёлочь порции:
n(CuSO4) = n(NaOH) / 2 = 0,12 моль / 2 = 0,06 моль
m(CuSO4) = 0,06 моль · 160 г/моль = 9,6 г
m(р-ра CuSO4) = 9,6 г / 0,20 = 48 г
Проверка: выпадет n(Cu(OH)2) = 0,06 моль, то есть 5,88 г осадка; масса добавленного раствора (48 г) сопоставима с массой порции (58,02 г), результат правдоподобен.
Ответ: необходимо 48 г 20%-ного раствора сульфата меди(II).
Источник: ФИПИ