Задание №34 — Типы расчётных задач
Через 640 г 20%-ного раствора сульфата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 13,44 л (н.у.) газа.
К образовавшемуся раствору добавили 65 г цинка. Определите массовую долю сульфата цинка 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 CuSO4 на катоде выделяется медь, на аноде — кислород, а в растворе накапливается серная кислота. Когда вся медь выделится, начинается электролиз самой воды, и кислород продолжает выделяться уже вместе с водородом на катоде.
Уравнения реакций:
2CuSO4 + 2H2O → (электролиз) 2Cu + O2↑ + 2H2SO4
2H2O → (электролиз) 2H2↑ + O2↑
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑
1. Исходные количества.
m(CuSO4) = 640 г · 0,2 = 128 г; n(CuSO4) = 128 г / 160 г/моль = 0,8 моль;
n(O2) = 13,44 л / 22,4 л/моль = 0,6 моль.
2. Сколько кислорода даёт соль. По первому уравнению 0,8 моль CuSO4 дают 0,8/2 = 0,4 моль O2. Получено 0,6 моль, то есть больше, значит вся соль разложилась, а оставшиеся 0,6 − 0,4 = 0,2 моль O2 получены электролизом воды. Тогда на катоде дополнительно выделилось
n(H2) = 2 · 0,2 = 0,4 моль.
n(Cu) = 0,8 моль, m(Cu) = 51,2 г; n(H2SO4) = 0,8 моль.
3. Раствор после электролиза. Из раствора ушли медь и оба газа:
m(раствора) = 640 г − 51,2 г − 0,6 моль · 32 г/моль − 0,4 моль · 2 г/моль = 640 − 51,2 − 19,2 − 0,8 = 568,8 г.
4. Добавление цинка. n(Zn) = 65 г / 65 г/моль = 1 моль. На 0,8 моль H2SO4 требуется 0,8 моль Zn, значит цинк в избытке (0,2 моль остаётся нерастворённым), а расчёт ведём по кислоте:
n(ZnSO4) = 0,8 моль; m(ZnSO4) = 0,8 моль · 161 г/моль = 128,8 г;
n(H2) = 0,8 моль, m(H2) = 1,6 г; m(растворившегося Zn) = 0,8 моль · 65 г/моль = 52 г.
5. Масса и искомая величина.
m(раствора) = 568,8 г + 52 г − 1,6 г = 619,2 г;
w(ZnSO4) = 128,8 г / 619,2 г = 0,2080, то есть 20,80 %.
Ответ: w(ZnSO4) ≈ 20,8 %.
Источник: ФИПИ