Задание №34 — Типы расчётных задач
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 234 г 20%-ного раствора хлорида натрия. После того как на катоде выделилось 6,72 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 160 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). 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 хлорида натрия на катоде выделяется водород, на аноде — хлор, а в растворе накапливается щёлочь.
Уравнения реакций:
2NaCl + 2H2O → (электролиз) 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
Электролиз. m(NaCl) = 234 г · 0,20 = 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. По уравнению на 1 моль H2 расходуется 2 моль NaCl и образуется 2 моль NaOH и 1 моль Cl2:
n(NaCl прореаг.) = 0,6 моль < 0,8 моль — соли хватило, электролиз шёл именно по этому уравнению;
n(NaOH) = 0,6 моль; n(Cl2) = 0,3 моль.
m(р-ра после электролиза) = 234 г − 0,3 моль · 2 г/моль − 0,3 моль · 71 г/моль = 234 г − 0,6 г − 21,3 г = 212,1 г.
Действие сульфата меди(II). m(CuSO4) = 160 г · 0,20 = 32 г; n(CuSO4) = 32 г / 160 г/моль = 0,2 моль.
На 0,2 моль CuSO4 требуется 0,4 моль NaOH, а есть 0,6 моль — сульфат меди(II) в недостатке, щёлочь в избытке, поэтому весь Cu2+ перешёл в осадок:
n(Cu(OH)2) = 0,2 моль; m(Cu(OH)2) = 0,2 моль · 98 г/моль = 19,6 г (в разбавленном растворе щёлочи гидроксид меди(II) не растворяется);
n(NaOH ост.) = 0,6 моль − 0,4 моль = 0,2 моль; m(NaOH ост.) = 0,2 моль · 40 г/моль = 8 г.
Масса раствора: m(р-ра) = 212,1 г + 160 г − 19,6 г = 352,5 г.
Массовая доля щёлочи: w(NaOH) = 8 г / 352,5 г · 100 % = 2,27 %.
Проверка: баланс натрия — из 0,6 моль NaOH 0,4 моль перешли в Na2SO4 (это 0,2 моль соли), а 0,2 моль остались в растворе; весь натрий, полученный из 0,6 моль NaCl, учтён.
Ответ: 2NaCl + 2H2O → (электролиз) 2NaOH + H2↑ + Cl2↑; CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4; w(NaOH) = 2,27 %.
Источник: ФИПИ