Задание №34 — Типы расчётных задач
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 360 г 18,75%-ного раствора хлорида меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили и отобрали порцию полученного раствора массой 22,2 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди 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 CuCl2 на катоде выделяется медь, а на аноде — хлор (хлорид-ион разряжается раньше воды). Пока в растворе есть хлорид-ионы, других газов на аноде нет.
Уравнения реакций:
CuCl2 → (электролиз) Cu + Cl2↑
CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaCl
1. Исходные количества.
m(CuCl2) = 360 г · 0,1875 = 67,5 г; M(CuCl2) = 135 г/моль;
n(CuCl2) = 67,5 г / 135 г/моль = 0,5 моль.
n(Cl2) = V/Vm = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль.
2. Что израсходовалось при электролизе. По уравнению на 1 моль Cl2 расходуется 1 моль CuCl2, значит прореагировало 0,2 моль соли. Это меньше исходных 0,5 моль, поэтому соль израсходована не полностью (электролиз воды ещё не начался, и весь анодный газ — действительно хлор).
n(Cu) = 0,2 моль, m(Cu) = 0,2 моль · 64 г/моль = 12,8 г;
m(Cl2) = 0,2 моль · 71 г/моль = 14,2 г;
n(CuCl2) в растворе = 0,5 − 0,2 = 0,3 моль.
3. Раствор после электролиза. Из раствора ушли медь (на катод) и хлор (в виде газа):
m(раствора) = 360 г − 12,8 г − 14,2 г = 333 г.
4. Отобранная порция. Раствор однороден, поэтому доля отобранной порции
333 г → 0,3 моль CuCl2, значит 22,2 г → n = 0,3 моль · 22,2 г / 333 г = 0,02 моль CuCl2.
5. Искомая величина. Для полного осаждения ионов меди на 1 моль CuCl2 нужно 2 моль NaOH:
n(NaOH) = 2 · 0,02 моль = 0,04 моль; m(NaOH) = 0,04 моль · 40 г/моль = 1,6 г;
m(раствора NaOH) = 1,6 г / 0,2 = 8 г.
Ответ: CuCl2 → (электролиз) Cu + Cl2↑; CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaCl; масса 20%-ного раствора гидроксида натрия — 8 г.
Источник: ФИПИ