Задание №34 — Типы расчётных задач
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 750 мл раствора сульфата меди(II) с концентрацией 0,8 моль/л и плотностью 1,08 г/мл. После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили.
К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 500 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 3,2 моль/л и плотностью 1,25 г/мл. 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. Уравнения реакций:
2CuSO4 + 2H2O → (электролиз) 2Cu + O2↑ + 2H2SO4
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
Исходный раствор. n(CuSO4) = 0,75 л · 0,8 моль/л = 0,6 моль;
m(р-ра) = 750 мл · 1,08 г/мл = 810 г.
Электролиз. n(O2) = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль. По уравнению на 1 моль O2 приходится 2 моль Cu и 2 моль H2SO4:
n(Cu) = 0,4 моль, n(H2SO4) = 0,4 моль.
Так как 0,4 моль < 0,6 моль, ионы меди не исчерпаны и водород на катоде не выделяется.
n(CuSO4, осталось) = 0,6 моль − 0,4 моль = 0,2 моль.
m(р-ра) = 810 г − 0,4 моль · 64 г/моль − 0,2 моль · 32 г/моль = 810 г − 25,6 г − 6,4 г = 778 г.
Добавление щёлочи. n(NaOH) = 0,5 л · 3,2 моль/л = 1,6 моль; m(р-ра NaOH) = 500 мл · 1,25 г/мл = 625 г.
Щёлочь расходуется сначала на нейтрализацию кислоты, потом на осаждение меди:
на H2SO4: n(NaOH) = 2 · 0,4 моль = 0,8 моль;
на CuSO4: n(NaOH) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль;
всего 1,2 моль < 1,6 моль, то есть щёлочь в избытке, а кислота и сульфат меди израсходованы полностью.
n(NaOH, остаток) = 1,6 моль − 1,2 моль = 0,4 моль, m = 0,4 моль · 40 г/моль = 16 г.
m(Cu(OH)2) = 0,2 моль · 98 г/моль = 19,6 г — осадок уходит из раствора.
Искомая величина. m(конечн. р-ра) = 778 г + 625 г − 19,6 г = 1383,4 г.
ω(NaOH) = 16 г / 1383,4 г = 0,0116, или 1,16 %.
Ответ: ω(NaOH) ≈ 1,16 %.
Источник: ФИПИ