Задание №34 — Типы расчётных задач
Через 640 г 15%-ного раствора сульфата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 11,2 л (н.у.) газа.
К образовавшемуся раствору добавили 665,6 г 25%-ного раствора хлорида бария. Определите массовую долю хлорида бария 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, указанных в условии:
2CuSO4 + 2H2O → (электролиз) 2Cu + O2↑ + 2H2SO4
2H2O → (электролиз) 2H2↑ + O2↑
H2SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + 2HCl
1. Исходные количества веществ.
m(CuSO4) = 640 г · 0,15 = 96 г; n(CuSO4) = 96 г / 160 г/моль = 0,6 моль;
n(O2) = V/Vm = 11,2 л / 22,4 л/моль = 0,5 моль.
2. Электролиз идёт в две стадии. Пока в растворе есть ионы Cu2+, на катоде выделяется медь, а на аноде — кислород (сульфат-ион в водном растворе не окисляется). Первому уравнению отвечает
n1(O2) = n(CuSO4) / 2 = 0,6 моль / 2 = 0,3 моль.
Это меньше, чем выделилось на самом деле (0,5 моль), значит вся медь уже осела и дальше шёл электролиз воды:
n2(O2) = 0,5 моль − 0,3 моль = 0,2 моль,
n(H2) = 2 · n2(O2) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль.
3. Масса раствора после электролиза. Раствор теряет медь, осевшую на катоде, и оба газа:
m(Cu) = 0,6 моль · 64 г/моль = 38,4 г;
m(O2) = 0,5 моль · 32 г/моль = 16 г;
m(H2) = 0,4 моль · 2 г/моль = 0,8 г;
m(р-ра) = 640 г − 38,4 г − 16 г − 0,8 г = 584,8 г.
Сульфат-ионы из раствора никуда не ушли, поэтому вместо соли в нём теперь кислота: n(H2SO4) = n(CuSO4) = 0,6 моль.
4. Кто в избытке при добавлении BaCl2.
m(BaCl2) = 665,6 г · 0,25 = 166,4 г; n(BaCl2) = 166,4 г / 208 г/моль = 0,8 моль.
Кислота и соль реагируют в мольном отношении 1 : 1; 0,6 моль < 0,8 моль, значит H2SO4 — в недостатке, а BaCl2 — в избытке и часть его останется в растворе:
n(BaSO4) = n(H2SO4) = 0,6 моль; m(BaSO4) = 0,6 моль · 233 г/моль = 139,8 г;
n(BaCl2, ост.) = 0,8 моль − 0,6 моль = 0,2 моль; m(BaCl2, ост.) = 0,2 моль · 208 г/моль = 41,6 г.
5. Массовая доля хлорида бария. Из раствора выводится только осадок BaSO4:
m(р-ра кон.) = 584,8 г + 665,6 г − 139,8 г = 1110,6 г;
ω(BaCl2) = 41,6 г / 1110,6 г = 0,0375, то есть 3,75 %.
Проверка: сера сохраняется: 0,6 моль CuSO4 → 0,6 моль H2SO4 → 0,6 моль BaSO4.
Ответ: 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + O2↑ + 2H2SO4; 2H2O → 2H2↑ + O2↑; H2SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + 2HCl; ω(BaCl2) ≈ 3,75 %.
Источник: ФИПИ