при электролизе раствора cuso4 получено 32 г меди какое количество электричества было пропущено
Электролиз. Законы Фарадея. При электролизе раствора CuSО4 получено 32 грамм меди (Сu). Какое количество электричества было пропущено через раствор.
Готовое решение: Заказ №8633
Тип работы: Задача
Статус: Выполнен (Зачтена преподавателем ВУЗа)
Предмет: Химия
Дата выполнения: 22.09.2020
Цена: 209 руб.
Описание и исходные данные задания, 50% решения + фотография:
Электролиз. Законы Фарадея. При электролизе раствора CuS О4 получено 32 грамм меди (С u ). Какое количество электричества было пропущено через раствор.
Решение :
Электролиз – совокупность процессов, происходящих при прохождении постоянного электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита.
1. Количество вещества, испытавшего электрохимические превращения на электроде, прямо пропорционально количеству прошедшего электричества. При превращении одного моля эквивалентов вещества на электроде через него проходит 96500 Кл электричества.
Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔ 
Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.
Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.
Тренажер задания 31 по химии меди
Тренажер задания 31 из ЕГЭ по химии меди, задачи на неорганическую химию (мысленный эксперимент) из экзамена ЕГЭ по химии, задания 31 по химии меди с текстовыми решениями и ответами.
1) Через раствор хлорида меди (II) с помощью графитовых электродов пропускали постоянный электрический ток. Выделившийся на катоде продукт электролиза растворили в концентрированной азотной кислоте. Образовавшийся при этом газ собрали и пропустили через раствор гидроксида натрия. Выделившийся на аноде газообразный продукт электролиза пропустили через горячий раствор гидроксида натрия. Напишите уравнения описанных реакций.
2) Вещество, полученное на катоде при электролизе расплава хлорида меди (II), реагирует с серой. Полученный продукт обработали концентрированной азотной кислотой, и выделившийся газ пропустили через раствор гидроксида бария. Напишите уравнения описанных реакций.
3) Неизвестная соль бесцветна и окрашивает пламя в желтый цвет. При легком нагревании этой соли с концентрированной серной кислотой отгоняется жидкость, в которой растворяется медь; последнее превращение сопровождается выделением бурого газа и образованием соли меди. При термическом распаде обеих солей одним из продуктов разложения является кислород. Напишите уравнения описанных реакций.
4) При взаимодействии раствора соли А со щелочью было получено студенистое нерастворимое в воде вещество голубого цвета, которое растворили в бесцветной жидкости Б с образованием раствора синего цвета. Твердый продукт, оставшийся после осторожного выпаривания раствора, прокалили; при этом выделились два газа, один из которых бурого цвета, а второй входит в состав атмосферного воздуха, и осталось твердое вещество черного цвета, которое растворяется в жидкости Б с образованием вещества А. Напишите уравнения описанных реакций.
5) Медную стружку растворили в разбавленной азотной кислоте, и раствор нейтрализовали едким кали. Выделившееся вещество голубого цвета отделили, прокалили (цвет вещества изменился на черный), смешали с коксом и повторно прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.
6) В раствор нитрата ртути (II) добавили медную стружку. После окончания реакции раствор профильтровали, и фильтрат по каплям прибавляли к раствору, содержащему едкий натр и гидроксид аммония. При этом наблюдали кратковременное образование осадка, который растворился с образованием раствора ярко-синего цвета. При добавлении в полученный раствор избытка раствора серной кислоты происходило изменение цвета. Напишите уравнения описанных реакций.
7) Оксид меди (I) обработали концентрированной азотной кислотой, раствор осторожно выпарили и твердый остаток прокалили. Газообразные продукты реакции пропустили через большое количество воды и в образовавшийся раствор добавили магниевую стружку, в результате выделился газ, используемый в медицине. Напишите уравнения описанных реакций.
8) Твердое вещество, образующееся при нагревании малахита, нагрели в атмосфере водорода. Продукт реакции обработали концентрированной серной кислотой, внесли в раствор хлорида натрия, содержащий медные опилки, в результате образовался осадок. Напишите уравнения описанных реакций.
9) Соль, полученную при растворении меди в разбавленной азотной кислоте, подвергли электролизу, используя графитовые электроды. Вещество, выделившееся на аноде, ввели во взаимодействие с натрием, а полученный продукт реакции поместили в сосуд с углекислым газом. Напишите уравнения описанных реакций.
10) Твердый продукт термического разложения малахита растворили при нагревании в концентрированной азотной кислоте. Раствор осторожно выпарили, и твердый остаток прокалили, получив вещество черного цвета, которое нагрели в избытке аммиака (газ). Напишите уравнения описанных реакций.
11) К порошкообразному веществу черного цвета добавили раствор разбавленной серной кислоты и нагрели. В полученный раствор голубого цвета приливали раствор едкого натра до прекращения выделения осадка. Осадок отфильтровали и нагрели. Продукт реакции нагревали в атмосфере водорода, в результате чего получилось вещество красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.
12) Неизвестное вещество красного цвета нагрели в хлоре, и продукт реакции растворили в воде. В полученный раствор добавили щелочь, выпавший осадок голубого цвета отфильтровали и прокалили. При нагревании продукта прокаливании, который имеет черный цвет, с коксом было получено исходное вещество красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.
13) Раствор, полученный при взаимодействии меди с концентрированной азотной кислотой, выпарили и осадок прокалили. Газообразные продукты полностью поглощены водой, а над твердым остатком пропустили водород. Напишите уравнения описанных реакций.
14) Черный порошок, который образовался при сжигании металла красного цвета в избытке воздуха, растворили в 10%-серной кислоте. В полученный раствор добавили щелочь, и выпавший осадок голубого цвета отделили и растворили в избытке раствора аммиака. Напишите уравнения описанных реакций.
15) Вещество черного цвета получили, прокаливая осадок, который образуется при взаимодействии гидроксида натрия и сульфата меди (II). При нагревании этого вещества с углем получают металл красного цвета, который растворяется в концентрированной серной кислоте. Напишите уравнения описанных реакций.
16) Металлическую медь обработали при нагревании йодом. Полученный продукт растворили в концентрированной серной кислоте при нагревании. Образовавшийся раствор обработали раствором гидроксидом калия. Выпавший осадок прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.
17) К раствору хлорида меди (II) добавили избыток раствора соды. Выпавший осадок прокалили, а полученный продукт нагрели в атмосфере водорода. Полученный порошок растворили в разбавленной азотной кислоте. Напишите уравнения описанных реакций.
18) Медь растворили в разбавленной азотной кислоте. К полученному раствору добавили избыток раствора аммиака, наблюдая сначала образование осадка, а затем – его полное растворение с образованием темно-синего раствора. Полученный раствор обработали серной кислотой до появления характерной голубой окраски солей меди. Напишите уравнения описанных реакций.
19) Медь растворили в концентрированной азотной кислоте. К полученному раствору добавили избыток раствора аммиака, наблюдая сначала образование осадка, а затем – его полное растворение с образованием темно-синего раствора. Полученный раствор обработали избытком соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.
20) Газ, полученный при взаимодействии железных опилок с раствором соляной кислоты, пропустили над нагретым оксидом меди (II) до полного восстановления металла. полученный металл растворили в концентрированной азотной кислоте. Образовавшийся раствор подвергли электролизу с инертными электродами. Напишите уравнения описанных реакций.
21) Йод поместили в пробирку с концентрированной горячей азотной кислотой. Выделившийся газ пропустили через воду в присутствии кислорода. В полученный раствор добавили гидроксид меди (II). Образовавшийся раствор выпарили и сухой твердый остаток прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.
22) Оранжевый оксид меди поместили в концентрированную серную кислоту и нагрели. К полученному голубому раствору прилили избыток раствора гидроксида калия. выпавший синий осадок отфильтровали, просушили и прокалили. Полученное при этом твердое черное вещество в стеклянную трубку, нагрели и пропустили над ним аммиак. Напишите уравнения описанных реакций.
23) Оксид меди (II) обработали раствором серной кислоты. При электролизе образующегося раствора на инертном аноде выделяется газ. Газ смешали с оксидом азота (IV) и поглотили с водой. К разбавленному раствору полученной кислоты добавили магний, в результате чего в растворе образовалось две соли, а выделение газообразного продукта не происходило. Напишите уравнения описанных реакций.
24) Оксид меди (II) нагрели в токе угарного газа. Полученное вещество сожгли в атмосфере хлора. Продукт реакции растворили в в воде. Полученный раствор разделили на две части. К одной части добавили раствор иодида калия, ко второй – раствор нитрата серебра. И в том, и в другом случае наблюдали образование осадка. Напишите уравнения описанных реакций.
2CuCl2 + 2KI = 2CuCl↓ + I2 + 2KCl
25) Нитрат меди (II) прокалили, образовавшееся твердое вещество растворили в разбавленной серной кислоте. Раствор полученной соли подвергли электролизу. Выделившееся на катоде вещество растворили в концентрированной азотной кислоте. Растворение протекает с выделением бурого газа. Напишите уравнения описанных реакций.
26) Щавелевую кислоту нагрели с небольшим количеством концентрированной серной кислоты. Выделившийся газ пропустили через раствор гидроксида кальция. В котором выпал осадок. Часть газа не поглотилась, его пропустили над твердым веществом черного цвета, полученным при прокаливании нитрата меди (II). В результате образовалось твердое вещество темно-красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.
27) Концентрированная серная кислота прореагировала с медью. Выделившийся при газ полностью поглотили избытком раствора гидроксида калия. Продукт окисления меди смешали с расчетным количеством гидроксида натрия до прекращения выпадения осадка. Последний растворили в избытке соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.
Решение задач на электролиз
Решение задач на электролиз
Решение
Сульфат меди образован катионами металла, расположенного в ряду активности после водорода, а также кислотными остатками кислородсодержащей неорганической кислоты. Для таких солей продуктами электролиза будут являться свободный металл, кислота и кислород:
2CuSO4 + 2H2O →2Сu↓ + 2H2SO4 + O2↑
Рассчитаем массу и количество вещеcтва сульфата меди (II) в исходном растворе (до электролиза):
mисх.(CuSO4) = mисх.р-ра(CuSO4) ∙ ω(CuSO4)/100% = 500 г ∙ 16% / 100% = 80 г
νисх.(CuSO4) = mисх.(CuSO4) / М(CuSO4) = 80 г / 160 г/моль = 0,5 моль.
В нашем случае единственным газообразным продуктом среди продуктов электролиза является кислород. Следовательно, кислород и является тем газом, о котором идет речь в условии. Рассчитаем его количество вещества:
ν(О2) = V(О2) / Vm = 1,12 л / 22,4 л/моль = 0,05 моль.
Зная количество вещества кислорода, легко посчитать количество вещества сульфата меди, вступившего в реакцию электролиза:
νпрореаг.(CuSO4) = 2∙ν(О2) = 2 ∙ 0,05 моль = 0,1 моль.
Зная изначальное количество вещества сульфата меди в растворе, а также количество вещества сульфата меди, вступившего в реакцию электролиза, мы можем рассчитать количество сульфата меди, оставшегося в растворе после реакции:
νост.(CuSO4) = νисх.(CuSO4) – νпрореаг.(CuSO4) = 0,5 моль – 0,1 моль = 0,4 моль.
Также в водном растворе после электролиза, помимо сульфата меди, будет содержаться образовавшаяся в результате реакции серная кислота. Количество вещества серной кислоты при этом, исходя из уравнения реакции, в два раза больше количества вещества выделившегося кислорода. Т.е.:
ν(H2SO4) = ν(O2) ∙ 2 = 0,05 моль ∙ 2 = 0,1 моль.
Найдем массу раствора после электролиза. Для этого нам нужно из массы исходного раствора вычесть массу нерастворимых продуктов электролиза. В нашем случае к таким продуктам относятся кислород и металлическая медь. Рассчитаем массу выделившегося кислорода:
m(О2) =ν(О2) ∙ М(О2) = 0,05 моль ∙ 32 г/моль = 1,6 г.
Рассчитаем количество вещества образовавшейся меди и ее массу:
ν(Cu) = 2ν(O2) = 2∙ 0,05 моль = 0,1 моль
ν(Cu) =ν(Cu) ∙ М(Cu) = 0,1 моль ∙ 64 г/моль = 6,4 г.
Теперь мы можем рассчитать массу раствора после электролиза:
mр-ра после эл-за = mисх. р-ра(CuSO4) – m(O2) – m(Cu) = 500 г – 1,6 г – 6,4 г = 492 г
По условию из полученного в результате электролиза раствора была отобрана порция массой 98,4 г, что составляет 98,4/492 = 1/5 его часть. Поскольку отобрали 1/5 часть раствора, следовательно, отобрали и 1/5 часть каждого компонента этого раствора. Таким образом, зная, что раствор после электролиза содержал 0,4 моль сульфата меди и 0,1 моль серной кислоты, мы можем сказать, что в отобранной порции:
νв порции(CuSO4) = 0,4 моль ∙ 1/5 = 0,08 моль
νв порции(H2SO4) = 0,1 моль ∙ 1/5 = 0,02 моль
В условии задания спрашивают массу раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из раствора. Следует отметить, что гидроксид меди не способен образовываться в кислой среде, т.е. в нашем случае до того момента, как не будет нейтрализована вся серная кислота в растворе. Таким образом, для полного осаждения ионов меди понадобится такое количество гидроксида натрия, которое полностью прореагирует и с серной кислотой, и с сульфатом меди в соответствии со следующими уравнениями реакций:
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O (I)
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓+ Na2SO4 (II)
Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия, которое пошло на реакцию с серной кислотой. В соответствии с уравнением реакции I:
νI(NaOH) = 2∙νв порции(H2SO4) = 2 ∙ 0,02 моль = 0,04 моль.
Аналогично рассчитаем количество вещества гидроксида натрия, которое пошло на реакцию с сульфатом меди. В соответствии с уравнением реакции II:
νII(NaOH) = 2∙νв порции(CuSO4) = 2 ∙ 0,08 моль = 0,16 моль.
Следовательно, суммарное количество вещества гидроксида натрия будет составлять:
νобщ.(NaOH) = νI(NaOH) + νII(NaOH) = 0,04 моль + 0,16 моль = 0,2 моль
Тогда,mобщ.(NaOH) = νобщ.(NaOH) ∙ М(NaOH) = 0,2 моль ∙ 40 г/моль = 8 г
Следовательно, масса раствора гидроксида натрия будет равна:
mр-ра(NaOH) = 100% ∙ m(NaOH)в-ва / ω(NaOH) = 100% ∙ 8 г / 20% = 40 г.
Запишем уравнение электролиза водного раствора нитрата меди (II):
2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Сu↓ + O2↑ + 4HNO3
Предположим, что электролиз провели таким образом, что нитрат меди израсходовался не весь. В таком случае потеря 32 г массы раствора обусловлена образованием только меди и кислорода, т.е.:m(Cu) + m(O2) = 32 г
Обозначим количество вещества образовавшегося кислорода как x. Тогда, исходя из уравнения реакции электролиза, можно записать, что
ν(Cu) = 2ν(O2) = 2∙х моль
m(Cu) = ν(Cu) ∙ M(Cu) = 2∙х моль∙64 г/моль = 128х г
m(O2) = ν(O2) ∙ M(O2) = х моль ∙32 г/моль = 32x г
Тогда справедливым будет следующее уравнение:
Т.е.ν(O2) = x моль = 0,2 моль, а ν(Cu) = 2 ∙ x моль = 2 ∙ 0,2 моль = 0,4 моль
Рассчитаем массу и количество вещества нитрата меди в исходном растворе:
mисх.(Cu(NO3)2) = mр—ра(Cu(NO3)2) ∙ ω(Cu(NO3)2) / 100% = 282 г ∙ 40% /100% = 112,8 г
νисх.(Cu(NO3)2) = mисх. (Cu(NO3)2)/ М(Cu(NO3)2) = 112,8 г / 189 г/моль = 0,6 моль.
Рассчитаем количество вещества нитрата меди, оставшегося в растворе после электролиза. Из уравнения реакции электролиза следует, что количество вещества металлической меди и количество вещества нитрата меди, вступившего в реакцию электролиза, равны.
νост.(Cu(NO3)2) = νисх.(Cu(NO3)2) — νпрореаг.(Cu(NO3)2) = 0,6 моль — 0,4 моль = 0,2 моль
То, что мы получили положительное значение количества оставшегося нитрата меди означает, что изначальное предположение о том, что нитрат меди израсходовался не весь, оказалось верным.
Следует учесть, что, помимо непрореагировавшего нитрата меди, в растворе будет также содержаться азотная кислота, образовавшаяся в результате электролиза. При этом, исходя из уравнения реакции электролиза, можно сделать вывод о том, что количество вещества азотной кислоты в 4 раза больше количества вещества выделившегося кислорода.
Т.е.:ν(HNO3) = 4ν(O2) = 4 ∙ 0,2 моль = 0,8 моль.
Рассчитаем массу и количество вещества гидроксида натрия в прибавляемом растворе:
mисх.(NaOH) = mр-ра(NaOH) ∙ ω(NaOH) /100% = 140 г ∙ 40% / 100% = 56 г
νисх.(NaOH) = mисх.(NaOH) / M(NaOH) = 56 г / 40 г/моль = 1,4 моль.
Добавленный гидроксид натрия будет реагировать с оставшимся нитратом меди и образовавшейся азотной кислотой:
Cu(NO3)2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaNO3 (I)
HNO3 + NaOH → NaNO3 + Н2О (II)
Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия, которое пошло на реакцию с нитратом меди:
νI(NaOH) = 2∙ν(Cu(NO3)2) = 2 ∙ 0,2 моль = 0,4 моль
Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия, которое пошло на реакцию с азотной кислотой:
νII(NaOH) = ν(HNO3) = 0,8 моль
Тогда общее количество вещества гидроксида натрия, вступившего в обе реакции, будет равно:
νобщ. прореаг.(NaOH) = νI(NaOH) + νII(NaOH) = 0,4 моль + 0,8 моль = 1,2 моль
Рассчитаем количество вещества оставшегося гидроксида натрия:
νост.(NaOH) = νисх.(NaOH) – νобщ. прореаг.(NaOH) = 1,4 моль–1,2 моль = 0,2 моль
mост.(NaOH) = νост.(NaOH) ∙ М(NaOH) = 0,2 моль ∙ 40 г/моль = 8 г
Массу конечного раствора можно рассчитать как:
mкон.р-ра = mисх.(Cu(NO3)2)р-ра – m(Cu и O2) + m(NaOH(исх.))р-ра – m(Cu(OH)2)
Из необходимых для расчета величин не хватает массы гидроксида меди. Рассчитаем ее. Учитывая что, количество образующегося гидроксида меди в два раза меньше количества вещества гидроксида натрия, ушедшего на реакцию с нитратом меди, мы можем записать, что:
ν(Cu(OH)2) = vI(NaOH) /2 = 0,4 моль / 2 = 0,2 моль, следовательно:
m(Cu(OH)2) = ν(Cu(OH)2) ∙ M(Cu(OH)2) = 0,2 моль ∙ 98 г/моль = 19,6 г
mкон.р-ра = mисх.(Cu(NO3)2)р-ра – m(Cu и O2) + mисх.р-ра(NaOH) – m(Cu(OH)2) = 282 г – 32 г + 140 г – 19,6 г = 370,4 г
ω(NaOH) = 100% ∙ mост.(NaOH) / mкон.р-ра = 100% ∙ 8 г / 370,4 г = 2,16 %.
Запишем уравнение электролиза водного раствора нитрата серебра:
4AgNO3 + 2H2O → 4Ag↓ + O2↑+ 4HNO3
Рассчитаем массу и количество вещества исходного нитрата серебра:
mисх.(AgNO3) = m р-ра (AgNO3) ∙ ω(AgNO3) /100% = 340 г ∙ 20% /100% = 68 г
νисх.(AgNO3) = m исх.(AgNO3) / М(AgNO3) = 68 г / 170 г/моль = 0,4 моль
Единственным газом, выделившимся при электролизе, является кислород, следовательно, это тот газ, о котором идет речь в условии. Рассчитаем количество вещества кислорода:
ν(О2) = V(О2) / Vm = 1,12 л / 22,4 л/моль = 0,05 моль
Рассчитаем количество вещества нитрата серебра, вступившего в реакцию электролиза:
νпрореаг.(AgNO3) = 4∙ν(О2) = 4 ∙ 0,05 моль = 0,2 моль
Найдем количество вещества и массу AgNO3, оставшегося в растворе:
νост.(AgNO3) = νисх.(AgNO3) – νпрореаг.(AgNO3) = 0,4 моль – 0,2 моль = 0,2 моль
После электролиза раствор помимо нитрата серебра будет содержать также азотную кислоту. Из уравнения реакции электролиза следует, что количество вещества азотной кислоты равно количеству вещества нитрата серебра, вступившего в реакцию:
ν(HNO3) = νпрореаг.(AgNO3) = 0,2 моль
Рассчитаем массу раствора нитрата серебра после электролиза:
mкон.р-ра = m(AgNO3)р-ра – m(O2) – m(Ag)
m(О2) = ν(О2) ∙ М(О2) = 0,05 моль ∙ 32 г/моль = 1,6 г
ν(Ag) = νпрореаг.(AgNO3) = 0,2 моль
m(Ag) = ν(Ag) ∙ М(Ag) = 0,2 моль ∙ 108 г/моль = 21,6 г
mкон.р-ра = mисх.р-ра (AgNO3) – m(O2) – m(Ag) = 340 г – 1,6 г – 21,6 г = 316,8 г
По условию задачи после электролиза отобрали порцию раствора массой 79,44 г, что составляет 79,44/316,8
Поскольку отобрали 1/4 часть раствора, это значит, что отобрали и 1/4 часть каждого компонента этого раствора.
Следовательно, в отобранной порции будет:
νв порции(AgNO3) = νост.(AgNO3) ∙ 1/4 = 0,2 моль ∙ 1/4 = 0,05 моль
νв порции(HNO3) = ν(HNO3) ∙ 1/4 = 0,2 моль ∙ 1/4 = 0,05 моль
Хлорид натрия не реагирует с азотной кислотой, а только с нитратом серебра:
AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3
ν(NaCl) = νв порции(AgNO3) = 0,05 моль
m(NaCl) = ν(NaCl) ∙ М(NaCl) = 0,05 моль ∙ 58,5 г/моль = 2,925 г
mр-ра(NaCl) = 100% ∙ m(NaCl) / ω(NaCl) = 100% ∙ 40,2 г / 10% = 29,25 г.
Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида натрия:
2NaCl + 2H2O → H2↑ + Cl2↑+ 2NaOH
Рассчитаем массу и количество вещества хлорида натрия в растворе до электролиза:
mисх.(NaCl) = mр-ра(NaCl) ∙ ω(NaCl) / 100% = 312 г ∙ 15% / 100% = 46,8 г
νисх.(NaCl) = mисх.(NaCl) / М(NaCl) = 46,8 г / 58,5 г/моль = 0,8 моль
Согласно уравнению электролиза выделяется два газообразных продукта. На аноде выделился хлор, а на катоде — водород. Следовательно, газ, объем которого дан в условии, это водород. Рассчитаем его количество вещества:
ν(H2) = V(H2) / Vm = 6,72 л / 22,4 л/моль = 0,3 моль
Найдем количество вещества образовавшегося гидроксида натрия:
ν(NaOH) = 2∙ ν(H2) = 2 ∙ 0,3 моль = 0,6 моль
Рассчитаем массу раствора после электролиза:
mр-ра после эл-за = m(NaCl)р-ра – m(H2) – m(Cl2)
m(H2) = ν(H2) ∙ М(H2) = 0,3 моль ∙ 2 г/моль = 0,6 г.
ν(Cl2) = ν(H2) = 0,3 моль.
m(Cl2) = ν(Cl2) ∙ М(Cl2) = 0,3 моль ∙ 71 г/моль = 21,3 г.
mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(NaCl) – m(H2) – m(Cl2) = 312 г – 0,6 г – 21,3 г = 290,1 г
Из раствора после электролиза отобрали 58,02 г, что составляет 58,02/290,1 = 1/5 его часть.
Так как из раствора взяли 1/5 его часть, это значит, что и 1/5 часть взяли каждого компонента этого раствора.
νв порции(NaOH) = νв р-ре после эл-за(NaOH) ∙ 1/5 = 0,6 моль ∙ 1/5 = 0,12 моль
Наличие хлорида натрия в растворе после электролиза нас не интересует, т.к. он не реагирует с сульфатом меди. Поэтому его количество мы рассчитывать не будем.
2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
ν(CuSO4) = 0,5∙ νв порции(NaOH) = 0,5 ∙ 0,12 моль = 0,06 моль
m(CuSO4)в-ва = ν(CuSO4) ∙ М(CuSO4) = 0,06 моль ∙ 160 г/моль = 9,6 г
mр-ра(CuSO4) = 100% ∙ m(CuSO4) / ω(CuSO4) = 100% ∙ 9,6 г / 20% = 48 г
Уравнение электролиза водного раствора сульфата меди (II):
2CuSO4 + 2H2O → 2Сu↓ + O2↑+ 2H2SO4
Предположим, что электролиз провели таким образом, что сульфат меди израсходовался не полностью. В таком случае потеря 32 г массы обусловлена образованием только меди и кислорода, т.е.:
Обозначим количество вещества образовавшегося кислорода как x моль. Тогда, исходя из уравнения реакции электролиза, можно записать, что:
ν(Cu) = 2ν(O2) = 2x моль
m(Cu) = M(Cu) ∙ ν(Cu) = 64 г/моль ∙ 2x моль = 128x г
m(O2) = M(O2) ∙ ν(O2) = 32x моль
Тогда справедливым будет следующее уравнение:
ν(O2) = x моль, а ν(Cu) = 2ν(O2) = 2x моль = 2 ∙ 0,2 моль = 0,4 моль
Рассчитаем массу и количество вещества сульфата меди в исходном растворе:
mисх.(CuSO4) = mисх.р-ра(CuSO4) ∙ ω(CuSO4) /100% = 640 г ∙ 15% / 100% = 96 г
νисх.(CuSO4) = mисх.(CuSO4) / M(CuSO4) = 96 г / 160 г/моль = 0,6 моль.
Рассчитаем количество вещества сульфата меди, оставшегося в растворе после электролиза. Из уравнения реакции электролиза следует, что количество вещества металлической меди и количество вещества сульфата меди, вступившего в реакцию электролиза, равны. Тогда:
νост.(CuSO4) = νисх.(CuSO4) – νпрореаг.(CuSO4) = 0,6 моль – 0,4 моль = 0,2 моль
То, что мы получили положительное значение количества сульфата меди, оставшегося в растворе после электролиза, означает, что изначальное предположение о том, что израсходовался не весь сульфат меди, оказалось верным.
Следует учесть, что помимо непрореагировавшего сульфата меди в растворе также будет содержаться серная кислота, образовавшаяся в результате электролиза. При этом, исходя из уравнения реакции, можно сделать вывод о том, что:
ν(H2SO4) = 2∙(O2) = 2∙0.2 моль = 0,4 моль.
Рассчитаем массу и количество вещества в прибавляемом растворе:
mисх.(NaOH) = mисх.р-ра(NaOH) ∙ ω(NaOH) /100% = 400 г ∙ 20% / 100% = 80 г
νисх.(NaOH) = mисх.(NaOH) / M(NaOH) = 80 г / 40 г/моль = 2 моль.
Из условия задачи следует, что гидроксид натрия был добавлен в избытке. Следовательно, он будет реагировать и с серной кислотой, и с сульфатом меди:
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O (I)
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4 (II)
νI(NaOH) = 2ν(H2SO4) = 2 ∙ 0,4 моль = 0,8 моль
νII(NaOH) = 2ν(CuSO4) = 2 ∙ 0,2 моль = 0,4 моль
Таким образом, общее количество вещества прореагировавшего гидроксида натрия будет равно:
νпрореаг.(NaOH) = νI(NaOH) + νII(NaOH) = 0,8 моль + 0,4 моль = 1,2 моль
Тогда количество вещества непрореагировавшего гидроксида натрия будет составлять:
νост.(NaOH) = νисх.(NaOH) — νпрореаг.(NaOH) = 2 моль – 1,2 моль = 0,8 моль
mост.(NaOH) = νост.(NaOH) ∙ M(NaOH) = 0,8 моль ∙ 40 г/моль = 32 г
Найдем массу образовавшегося раствора и массовую долю гидроксида натрия в нем:
mкон.р-ра = mисх.р-ра(CuSO4) – m(Cu) – m(O2) + mисх.р-ра(NaOH) – m(Cu(OH)2)
Для расчета массы конечного раствора нам не хватает одной величины – массы осадка гидроксида меди (II). Учитывая, что ν(Cu(OH)2) = νост.(CuSO4) = 0,2 моль:
m(Cu(OH)2) = M(Cu(OH)2) ∙ ν(Cu(OH)2) = 98 г/моль ∙ 0,2 моль =19,6 г
mкон.р-ра = mисх.р-ра(CuSO4) – m(Cu и O2) + mисх.р-ра(NaOH) – m(Cu(OH)2) = 640 г – 32 г + 400 г – 19,6 г = 988,4 г
ω(NaOH) = 100% ∙ m(NaOH)ост. / mкон.р-ра = 100% ∙ 32 г / 988,4 г = 3,24 %
Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида меди (II):
Найдем массу и количество вещества исходного хлорида меди (II):
m(CuCl2)исх. = m(CuCl2)р-ра ∙ ω(CuCl2) = 360 г ∙ 0,1875 = 67,5 г
ν(CuCl2)исх. = m(CuCl2)исх. / М(CuCl2) = 67,5 г / 135 г/моль = 0,5 моль
Единственным газом, выделившимся при электролизе, является хлор, следовательно, это тот газ, о котором идет речь в условии. Рассчитаем количество вещества хлора:
ν(Cl2) = V(Cl2) / Vm = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль
Рассчитаем массу и количество вещества исходного хлорида меди:
mисх.(CuCl2) = mисх.р-ра(CuCl2) ∙ ωисх.(CuCl2) / 100% = 360 г ∙ 18,75% /100% = 67,5 г
νисх.(CuCl2) = mисх.(CuCl2) /M(CuCl2) = 67,5 г / 135 г/моль = 0,5 моль
В соответствии с уравнением реакции электролиза νпрореаг.(CuCl2) = ν(Cl2) = 0,2 моль
Найдем количество вещества CuCl2, оставшегося в растворе:
νост.(CuCl2) = νисх.(CuCl2) – νпрореаг.(CuCl2) = 0,5 моль – 0,2 моль = 0,3 моль
Найдем массу раствора после электролиза:
mкон.р-ра = m(CuCl2)р-ра – m(Cl2) – m(Cu)
m(Cl2) = ν(Cl2) ∙ М(Cl2) = 0,2 моль ∙ 71 г/моль = 14,2 г
ν(Cu) = ν(Cl2) = 0,2 моль
m(Cu) = ν(Cu) ∙ М(Cu) = 0,2 моль ∙ 64 г/моль = 12,8 г
mкон.р-ра = m(CuCl2)р-ра – m(Cl2) – m(Cu) = 360 г – 14,2 г – 12,8 г = 333 г
Из раствора, полученного в результате электролиза, отобрали 22,2 г, что составляет 22,2/333 = 1/15 часть.
Поскольку отобрали 1/15 часть от всего раствора, следовательно, отобрали и 1/15 часть каждого компонента раствора. Таким образом, в отобранной порции раствора будет содержаться:
νв порции(CuCl2) = νост.(CuCl2) ∙ 1/15 = 0,02 моль
CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓+ 2NaCl
Найдем массу раствора гидроксида натрия, необходимого для осаждения Cu2+:
ν(NaOH) = 2∙νпорц.(CuCl2)= 2 ∙ 0,02 моль = 0,04 моль
m(NaOH) = ν(NaOH) ∙ М(NaOH) = 0,04 моль ∙ 40 г/моль = 1,6 г
mр-ра(NaOH) = 100% ∙ m(NaOH) / ω(NaOH) = 100% ∙ 1,6 г / 20% = 8 г
Решение:
Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида бария:
ВaCl2 + 2H2O → H2↑ + Cl2↑+ Вa(OH)2
Найдем массу и количество вещества исходного хлорида бария:
mисх.(ВaCl2) = mисх.р-ра(ВaCl2) ∙ ω(ВaCl2) / 100% = 624 г ∙ 10% / 100% = 62,4 г
νисх.(ВaCl2) = mисх.(ВaCl2) / М(ВaCl2) = 62,4 г / 208 г/моль = 0,3 моль
Газ, выделившийся на катоде, это водород. Рассчитаем его количество вещества:
ν(H2) = V(H2) / Vm = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль
Найдем количество вещества и массу образовавшегося Вa(OH)2:
ν(Вa(OH)2) = ν(H2) = 0,2 моль
Найдем количество вещества хлорида бария, оставшегося в растворе:
νпрореаг.(ВaCl2) = ν(H2) = 0,2 моль
νост.(ВaCl2) = νост.(ВaCl2) – νпрореаг.(ВaCl2) = 0,3 моль – 0,2 моль = 0,1 моль
Найдем массу раствора после электролиза:
mкон.р-ра = mр-ра(ВaCl2) – m(H2) – m(Cl2)
m(H2) = ν(H2) ∙ М(H2) = 0,2 моль ∙ 2 г/моль = 0,4 г
ν(Cl2) = ν(H2) = 0,2 моль
m(Cl2) = ν(Cl2) ∙ М(Cl2) = 0,2 моль ∙ 71 г/моль = 14,2 г
mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(ВaCl2) – m(H2) – m(Cl2) = 624 г – 0,4 г – 14,2 г = 609,4 г
Из раствора, полученного в результате электролиза, отобрали порцию массой 91,41 г. Это составляет часть, равную 91,41/609,4 = 0,15 от этого раствора.
Мы отобрали порцию раствора, составляющую 0,15 часть его часть, следовательно, мы отобрали 0,15 часть каждого компонента этого раствора. Таким образом:
νв порции(Ba(OH)2) = 0,15 ∙ ν(Вa(OH)2) = 0,15 ∙ 0,2 моль = 0,03 моль
νв порции(BaCl2) = 0,15 ∙ νост.(ВaCl2) = 0,15 ∙ 0,1 моль = 0,015 моль
С карбонатом натрия будут реагировать и гидроксид бария, и хлорид бария. Запишем уравнения реакций
Вa(OH)2 + Na2CO3 → ВaCO3↓ + 2NaOH (I)
ВaCl2 + Na2CO3 → ВaCO3↓ + 2NaCl (II)
Найдем массу раствора карбоната натрия, необходимого для осаждения ионов бария:
Рассчитаем количество вещества карбоната натрия, которое пошло на реакцию с гидроксидом бария:
νI(Na2CO3) = νв порции(Ba(OH)2) = 0,03 моль
Рассчитаем количество вещества карбоната натрия, которое пошло на реакцию с хлоридом бария:
νII(Na2CO3)2 = νв порции(BaCl2) = 0,015 моль
Таким образом, общее количество вещества карбоната натрия будет равно:
ν(Na2CO3) = νI(Na2CO3) + νII(Na2CO3)2 = 0,03 моль + 0,015 моль = 0,045 моль
ν(Na2CO3) = ν (Na2CO3) ∙ M(Na2CO3) = 0,045 моль ∙ 106 г/моль = 4,77 г
m(Na2CO3) = 100% ∙ m(Na2CO3) / ω(Na2CO3) = 100% ∙ 4,77 г / 10% = 47,7 г
Решение:
Запишем уравнение электролиза водного раствора сульфата меди (II):
2CuSO4 + 2H2O → 2Сu↓ + O2↑+ 2H2SO4
Найдем массу и количество вещества исходного сульфата меди (II):
mисх.(CuSO4) = mисх.р-ра(CuSO4) ∙ ω(CuSO4) / 100% = 500 г ∙ 16% /100% = 80 г
νисх.(CuSO4) = mисх.(CuSO4) / М(CuSO4) = 80 г / 160 г/моль = 0,5 моль.
Найдем количество вещества выделившегося на аноде кислорода:
ν(О2) = V(О2) / Vm = 1,12 л / 22,4 л/моль = 0,05 моль
Найдем количество вещества и массу сульфата меди, оставшегося в растворе после электролиза:
νпрореаг.(CuSO4) = 2∙ν(О2) = 2 ∙ 0,05 моль = 0,1 моль.
νост.(CuSO4) = νисх.(CuSO4) – νпрореаг.(CuSO4) = 0,5 моль – 0,1 моль = 0,4 моль
mост.(CuSO4) = νост.(CuSO4)∙ М(CuSO4) = 0,4 моль ∙ 160 г/моль = 64 г
Найдем количество вещества образовавшейся серной кислоты:
ν(Н2SO4) = νпрореаг.(CuSO4) = 0,1 моль
Найдем массу и количество вещества добавленного карбоната натрия:
m(Nа2СО3) = mр-ра(Nа2СО3) ∙ ω(Nа2СО3) = 53 г ∙ 10% / 100% = 5,3 г
ν(Nа2СО3) = m(Nа2СО3) / М(Nа2СО3) = 5,3 г / 106 г/моль = 0,05 моль.
Для того, чтобы сульфат меди прореагировал с карбонатом натрия, прежде всего должна быть нейтрализована серная кислота.
Карбонат реагирует с серной кислотой в соответствии с уравнением
Н2SO4 + Na2CO3 → СО2↑ + Н2О + Na2SO4 (I)
Напомним, что ν(Н2SO4) = 0,1 моль, а ν(Nа2СО3) = 0,05 моль.
Серная кислота находится в явном избытке, в связи с чем реакция сульфата меди с карбонатом натрия невозможна, т.к. израсходуется весь карбонат натрия.
Рассчитаем количество вещества выделившегося CO2 и его массу:
ν(Na2CO3) = ν(СО2) = 0,05 моль
m(СО2) = ν(СО2) ∙ M(СО2) = 0,05 моль ∙ 44 г/моль = 2,2 г
Найдем массу конечного раствора:
mкон.р-ра = mисх.р-ра(CuSO4) – m(Сu) – m(О2) + m(Nа2СО3) – m(СО2)
m(О2) = ν(О2) ∙ М(О2) = 0,05 моль ∙ 32 г/моль = 1,6 г
ν(Cu) = 2∙ν(О2) = 2 ∙ 0,05 моль = 0,1 моль
m(Cu) = ν(Cu) ∙ М(Cu) = 0,1 моль ∙ 64 г/моль = 6,4 г
mкон.р-ра = mисх.р-ра(CuSO4)– m(Сu) – m(О2) + m(Nа2СО3) – m(СО2) = 500 г – 6,4 г – 1,6 г + 53 г – 2,2 г = 542,8 г
Найдем массовую долю сульфата меди (II) в полученном растворе:
ω(CuSO4) = 100% ∙ mост.(CuSO4) / mкон.р-ра = 100% ∙ 64 г / 542,8 г = 11,79 %
Решение: Уравнение электролиза водного раствора хлорида меди:
Рассчитаем массу хлорида меди в исходном растворе и его количество вещества:
mисх.(CuCl2) = mисх.р-ра(CuCl2) ωисх.(CuCl2) / 100% = 135 г 40% / 100% = 54 г
νисх.(CuCl2) = mисх.(CuCl2) / M(CuCl2) = 54 г / 135 г/моль = 0,4 моль
Изменение массы раствора в результате электролиза обусловлено образованием нерастворимых продуктов, а именно металлической меди и газообразного хлора, т.е.:
Обозначим количество вещества образовавшейся металлической меди как x моль.
В то же время ν(Cl2) = ν(Cu) = x моль, следовательно:
m(Cl2) = M(Cl2) ν(Cl2) = 71 г/моль x моль = 71x г
m(Cu) = M(Cu) ν(Cu) = 64 г/моль x моль = 64x г
ν(Cu) = ν(Cl2) = 0,2 моль
Исходя из уравнения реакции электролиза:
νпрореаг.(CuCl2) = ν(Cu) = 0,2 моль
Рассчитаем количество вещества хлорида меди, оставшегося в растворе после электролиза:
νост.(CuCl2) = νисх.(CuCl2) — νпрореаг.(CuCl2) = 0,4 моль — 0,2 моль = 0,2 моль
Найдем массу раствора после электролиза:
mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(CuCl2) — m(Cu) — m(Cl2) = 135 г — 27 г = 108 г
Рассчитаем массу и количество вещества гидроксида натрия:
mисх.(NaOH) = mр-ра(NaOH) ω(NaOH) / 100% = 160 г 30% / 100% = 48 г
νисх.(NaOH) = m(NaOH) / M(NaOH) = 48 г / 40 г/моль = 1,2 моль
Запишем уравнение реакции между гидроксидом натрия и хлоридом меди:
CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl
Рассчитаем количество вещества и массу выпавшего в осадок гидроксида меди:
ν(Cu(OH)2) = νост.(CuCl2) = 0,2 моль
m(Cu(OH)2) = ν(Cu(OH)2) M(Cu(OH)2) = 0,2 моль 98 г/моль = 19,6 г
Количество вещества прореагировавшего гидроксида натрия будет равно:
νпрореаг.(NaOH) = 2νост.(CuCl2) = 2 0,2 моль = 0,4 моль
Рассчитаем количество вещества и массу оставшегося после реакции с хлоридом меди гидроксида натрия:
νост.(NaOH) = νисх.(NaOH) — νпрореаг.(NaOH) = 1,2 моль — 0,4 моль = 0,8 моль
mост.(NaOH) = νост.(NaOH) M(NaOH) = 0,8 моль 40 г/моль = 32 г
Рассчитаем массу конечного раствора:
mкон. р-ра = mр-ра после эл-за + mр-ра(NaOH) — m(Cu(OH)2) = 108 г + 160 г — 19,6 г = 248,4 г
ωконечн.(NaOH) = 100% mост.(NaOH) / mкон. р-ра = 100% 32 г / 248,4 г = 12,88 %
Решение: Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида натрия:
2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2↑ + H2↑
Рассчитаем массу и количество вещества исходного хлорида натрия в растворе до электролиза:
mисх.(NaCl) = mисх.р-ра(NaOH) ω(NaOH) / 100% = 390 г 15% / 100% = 58,5 г
νисх.(NaCl) = mисх.(NaCl) / M(NaCl) = 58,5 г / 58,5 г/моль = 1 моль
Уменьшение массы раствора в результате электролиза обусловлено образованием нерастворимых продуктов, а именно хлора и водорода,
т.е. m(Cl2) + m(H2) = 21,9 г
Пусть ν(Cl2) = x моль, тогда в соответствии с уравнением реакции электролиза ν(H2) =ν(Cl2) = x моль
Выразим массы образующихся хлора и водорода через x:
m(Cl2) = M(Cl2) ν(Cl2) = 71 г/моль x моль = 71x г
m(H2) = M(H2) ν(H2) = 2 г/моль x моль = 2x г
Тогда, будет справедливым следующее уравнение:
Рассчитаем массу раствора после электролиза:
mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(NaOH) — m(Cl2) — m(H2) = 390 г — 21,9 г = 368,1 г
Исходя из уравнения реакции электролиза:
νпрореаг.(NaCl) =ν(NaOH) = 2ν(Cl2) = 2 0,3 моль = 0,6 моль
Рассчитаем количество вещества и массу хлорида натрия, не вступившего в реакцию электролиза, т.е. оставшегося в растворе после электролиза:
mост.(NaCl) =νост.(NaCl) M(NaCl) = 0,4 моль 58,5 г/моль = 23,4 г
Таким образом, после электролиза водный раствор содержит:
Из компонентов раствора, полученного в результате электролиза, только гидроксид натрия реагирует с сульфатом меди, содержащимся в прибавляемом растворе. Реакция идет в соответствии с уравнением:
CuSO4 + 2NaOH = Na2SO4 + Cu(OH)2↓
Рассчитаем массу и количество вещества сульфата меди, содержащегося в прибавляемом растворе:
m(CuSO4) = mр-ра(CuSO4) ω(CuSO4) / 100% = 160 г 0,2 = 32 г
ν(CuSO4) = m(CuSO4) / M(CuSO4) = 32 г / 160 г/моль = 0,2 моль
Массу конечного раствора можно рассчитать по формуле:
mкон. р-ра = mр-ра после эл-за + mр-ра(CuSO4) — m(Cu(OH)2)
Из необходимых расчетных величин не хватает массы гидроксида меди.
ν(CuSO4)/1 ν(Na2CO3) / 1, где 2 и 1 — соответствующие коэффициенты в уравнении, то это значит, что азотная кислота в избытке. Следовательно, нитрат меди с карбонатом натрия реагировать не будет.
Поскольку карбонат натрия в недостатке, расчет количества вещества углекислого газа и его массы будем вести по нему:
ν(CO2) = ν(Na2CO3) = 0,2 моль m(CO2) = ν(CO2) M(CO2) = 0,2 моль 44 г/моль = 8,8 г
Рассчитаем массу конечного раствора:
mкон. р-ра = mр-ра после эл-за + mр-ра(Na2CO3) — m(CO2) = 446 г + 212 г — 8,8 г = 649,2 г
Количество нитрата меди после прибавления раствора карбоната натрия не изменилось, т.е. осталось равным 0,2 моль. Рассчитаем его массу:
m(Cu(NO3)2) = ν(Cu(NO3)2) M(Cu(NO3)2) = 0,2 моль 188 г/моль = 37,6 г
Тогда массовая доля нитрата меди в конечном растворе будет составлять:
w(Cu(NO3)2) = 100% m(Cu(NO3)2) / mкон. р-ра = 100% 37,6 г / 649,2 г = 5,79 %
Ответ: 1,46 %
Решение:
Запишем уравнение электролиза нитрата меди:
2Cu(NO3)2 + 2H2O = 2Cu↓ + 4HNO3 + O2↑
Рассчитаем массу и количество вещества нитрата меди в исходном растворе (до электролиза):
mисх.(Cu(NO3)2) = mр-ра(Cu(NO3)2) w(Cu(NO3)2) / 100% = 376 г 30% / 100% = 112,8 г
νисх.(Cu(NO3)2) = mисх.(Cu(NO3)2) / Mисх.(Cu(NO3)2) = 112,8 г / 188 г/моль = 0,6 моль
Единственным газом, выделяющимся в указанном процессе, является кислород. Следовательно, кислород — это тот газ, о котором идет речь в условии. Рассчитаем его количество вещества:
ν(O2) = V(O2) / Vm = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль
В соответствии с уравнением реакции электролиза количество вещества образовавшейся азотной кислоты будет равно:
ν(HNO3) = 4ν(O2) = 4 0,2 моль = 0,8 моль
А количество вещества прореагировавшего нитрата меди:
νпрореаг.(Cu(NO3)2) = 2ν(O2) = 2 0,2 моль = 0,4 моль
Тогда количество вещества нитрата меди, оставшегося в растворе после электролиза, будет составлять:
νост.(Cu(NO3)2) = νисх.(Cu(NO3)2) — νпрореаг.(Cu(NO3)2) = 0,6 моль — 0,4 моль = 0,2 моль
Рассчитаем массу раствора после электролиза:
mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(Cu(NO3)2 — m(Cu) — m(O2)
Для расчета массы раствора после электролиза не хватает значений масс выделившихся меди и кислорода. Рассчитаем их количества вещества и массы:
ν(O2) = 0,2 моль (было рассчитано выше)
m(O2) = M(O2) ν(O2) = 32 г/моль 0,2 моль = 6,4 г
ν(Cu) = 2ν(O2) = 2 0,2 моль = 0,4 моль
m(Cu) = ν(Cu) M(Cu) = 0,4 моль 64 г/моль = 25,6 г
Тогда, mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(Cu(NO3)2) — m(Cu) — m(O2) = 376 г — 6,4 — 25,6 г = 344 г
Рассчитаем массу и количество вещества гидроксида натрия, содержащегося в прибавляемом растворе:
mисх.(NaOH) = mр-ра(NaOH) w(NaOH) / 100% = 224 г 25% /100% = 56 г
νисх.(NaOH) = mисх.(NaOH) / M(NaOH) = 56 г / 40 г/моль = 1,4 моль
Поскольку в условии задачи следует определить массовую долю гидроксида натрия в конечном растворе, то, по всей видимости, гидроксид натрия в избытке. Т.е. он будет реагировать как азотной кислотой, так и с нитратом меди, оставшимся после процесса электролиза. Запишем уравнения соответствующих реакций:
HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O (I)
Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaNO3 (II)
Рассчитаем количества вещества гидроксида натрия, которые пошли на реакции I и II:
ν I (NaOH) = ν (HNO3) = 0,8 моль
ν II (NaOH) = 2νост.(Cu(NO3)2) = 2 0,2 моль = 0,4 моль
Тогда количество вещества и масса гидроксида натрия, оставшегося в конечном растворе будут равны:
νост.(NaOH) = νисх.(NaOH) — ν I (NaOH) — ν II (NaOH) = 1,4 моль — 0,8 моль — 0,4 моль = 0,2 моль
mост.(NaOH) = M(NaOH) νост.(NaOH) = 40 г/моль 0,2 моль = 8 г
Рассчитаем массу конечного раствора:
mкон. р-ра = mр-ра после эл-за + mр-ра(NaOH) — m(Cu(OH)2)
Для расчета массы конечного раствора не хватает значения массы осадка гидроксида меди. Найдем его:
ν(Cu(OH)2) = νост.(Cu(NO3)2) = 0,2 моль
m(Cu(OH)2) = ν(Cu(OH)2) M(Cu(OH)2) = 0,2 моль 98 г/моль = 19,6 г
Тогда, mкон. р-ра = mр-ра после эл-за + mр-ра(NaOH) — m(Cu(OH)2) = 344 г + 224 г — 19,6 г = 548,4 г
Теперь можно рассчитать массовую долю щелочи в конечном растворе:
wост.(NaOH) = 100% mост.(NaOH) / mкон. р-ра = 100% 8 г / 548,4 г = 1,46 %
Ответ: 5,05%
Решение:
Запишем уравнение электролиза водного раствора нитрата серебра:
4AgNO3 + 2H2O = 4Ag↓ + 4HNO3 + O2↑
Рассчитаем массу и количество исходного нитрата серебра в растворе до электролиза: mисх.(AgNO3) = mисх.р-ра(AgNO3) ω(AgNO3) / 100% = 340 г 0,2 = 68 г νисх.(AgNO3) = mисх.(AgNO3) / M(AgNO3) = 68 г / 170 г/моль = 0,4 моль
Уменьшение массы раствора обусловлено образованием нерастворимых продуктов — серебра и кислорода. Т.е.: m(O2) + m(Ag) = 23,2 г
Пусть количество вещества кислорода будет x моль. Тогда: ν(Ag) = 4ν(O2) = 4x моль
Выразим массы кислорода и серебра через x: m(O2) = M(O2) ν(O2) = 32 г/моль x моль = 32x г m(Ag) = M(Ag) ν(Ag) = 108 г/моль 4x моль = 432x г
Тогда будет справедливым уравнение: 32x + 432x = 23,2 464 x = 23,2 x = 0,05
Таким образом ν(O2) = 0,05 моль ν(Ag) = 4ν(O2) = 0,2 моль
В соответствии с уравнением электролиза количество вещества прореагировавшего нитрата серебра будет равно количеству вещества выделившегося металлического серебра, т. е.: νпрореаг.(AgNO3) = ν(Ag) = 0,2 моль
В свою очередь количество вещества нитрата серебра, оставшегося в растворе после электролиза: νост.(AgNO3) = νисх.(AgNO3) — νпрореаг.(AgNO3) = 0,4 моль — 0,2 моль = 0,2 моль
Рассчитаем массу раствора, полученного после электролиза: mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(AgNO3) — m(Ag) — m(O2) = 340 г — 23,2 г = 316,8 г
Рассчитаем массу и количество вещества хлорида натрия в прибавляемом растворе: mисх.(NaCl) = mр-ра(NaCl) ω(NaCl) / 100% = 175,5 г 20% /100% = 35,1 г νисх.(NaCl) = mисх.(NaCl) / M(NaCl) = 35,1 г / 58,5 г/моль = 0,6 моль
В растворе после электролиза, кроме воды, будут содержаться два вещества — нитрат серебра и азотная кислота. Хлорид натрия будет реагировать только с нитратом серебра. Реакция протекает в соответствии с уравнением:
AgNO3 + NaCl = NaNO3 + AgCl↓
Рассчитаем количество вещества и массу осадка хлорида серебра, учитывая, что нитрат серебра находится в недостатке, т.е. расчеты нужно вести по нему: ν(AgCl) = νост.(AgNO3) = 0,2 моль m(AgCl) = ν(AgCl) M(AgCl) = 0,2 моль 143,5 г/моль = 28,7 г
Количество вещества хлорида натрия, которое вступило в реакцию с нитратом серебра, будет равно: νпрореаг.(NaCl) = νост.(AgNO3) = 0,2 моль
В свою очередь, количество вещества хлорида натрия, которое осталось после реакции с нитратом серебра, будет составлять: νост.(NaCl) = νисх.(NaCl) — νпрореаг.(NaCl) = 0,6 моль — 0,2 моль = 0,4 моль,
а масса будет равна: mост.(NaCl) = νост.(NaCl) M(NaCl) = 0,4 моль 58,5 г/моль = 23,4 г
Рассчитаем массу конечного раствора: mкон. р-ра = mр-ра после эл-за + mр-ра(NaCl) — m(AgCl) = 316,8 г + 175,5 г — 28,7 г = 463,6 г
Тогда, массовая доля хлорида натрия в конечном растворе будет составлять:
ωконечн.(NaCl) = 100% mост.(NaCl) / mкон. р-ра = 23,4 г / 463,6 г 100% = 5,05%
Ответ: 2,33 %
Решение:
Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида меди (II):
Рассчитаем массу и количество вещества хлорида меди в исходном растворе до электролиза: m(CuCl2) = mисх.р-ра(CuCl2) ω(CuCl2) / 100% = 270 г 20% / 100% = 54 г νисх.(CuCl2) = mисх.(CuCl2) / M(CuCl2) = 54 г / 135 г/моль = 0,4 моль
Единственным газом, выделившимся в процессе электролиза, является хлор, следовательно, хлор — это тот газ, о котором идем речь в условии. Рассчитаем его количество вещества: ν(Cl2) = V(Cl2) / Vm = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль
Исходя из уравнения реакции электролиза, можно записать, что: ν(Cu) = ν(Cl2) = 0,2 моль
Рассчитаем массы выделившихся хлора и металлической меди: m(Cl2) = ν(Cl2) M(Cl2) = 0,2 моль 71 г/моль = 14,2 г m(Cu) = ν(Cu) M(Cu) = 0,2 моль 64 г/моль = 12,8 г
Рассчитаем массу раствора после электролиза: mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(CuCl2) — m(Cu) — m(Cl2) = 270 г — 14,2 г — 12,8 г = 243 г
Исходя из уравнения реакции электролиза, можно записать, что количество вещества прореагировавшего хлорида меди будет равно: νпрореаг.(CuCl2) = ν(Cu) = 0,2 моль
Тогда: νост.(CuCl2) = νисх.(CuCl2) — νпрореаг.(CuCl2) = 0,4 моль — 0,2 моль = 0,2 моль
Рассчитаем массу и количество вещества гидроксида натрия в прибавляемом растворе: mисх.(NaOH) = mисх. р-ра(NaOH) ω(NaOH) / 100% = 120 г 20% / 100% = 24 г νисх.(NaOH) = mисх.(NaOH) / M(NaOH) = 24 г / 40 г/моль = 0,6 моль
Единственным растворенным веществом в растворе после электролиза является хлорид меди. Он и будет реагировать с водным раствором гидроксида натрия. Реакция протекает в соответствии с уравнением:
CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl
Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия, которое прореагировало с оставшимся после электролиза хлоридом меди: νпрореаг.(NaOH) = 2ν(CuCl2) = 2 0,2 моль = 0,4 моль
Тогда количество вещества гидроксида натрия, оставшегося в конечном растворе после реакции с хлоридом меди, и его масса, будут равны: νост.(NaOH) = νисх.(NaOH) — νпрореаг.(NaOH) = 0,6 моль — 0,4 моль = 0,2 моль mост.(NaOH) = νост.(NaOH) M(NaOH) = 0,2 моль 40 г/моль = 8 г
Рассчитаем количество вещества и массу осадка гидроксида меди: ν(Cu(OH)2) = νост.(CuCl2) = 0,2 моль m(Cu(OH)2) = M(Cu(OH)2) νост.(CuCl2) = 98 г/моль 0,2 моль = 19,6 г
Рассчитаем массу конечного раствора:
mкон. р-ра = mр-ра после эл-за + mисх. р-ра(NaOH) — m(Cu(OH)2) = 243 г + 120 г — 19,6 г = 343,4 г ωконечн.(NaOH) = 100% mост.(NaOH) / mкон. р-ра = 100% 8 г / 343,4 г = 2,33 %
Ответ: 32 г
Решение:
Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида меди (II):
Рассчитаем массу и количество вещества хлорида меди в исходном растворе до электролиза: m(CuCl2) = mисх.р-ра(CuCl2) ω(CuCl2) / 100% = 360 г 15% / 100% = 54 г νисх.(CuCl2) = mисх.(CuCl2) / M(CuCl2) = 54 г / 135 г/моль = 0,4 моль
Единственным газом, выделившимся в процессе электролиза, является хлор, следовательно, хлор — это тот газ, о котором идем речь в условии. Рассчитаем его количество вещества: ν(Cl2) = V(Cl2) / Vm = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль
Исходя из уравнения реакции электролиза, можно записать, что: ν(Cu) = ν(Cl2) = 0,2 моль
Рассчитаем массы выделившихся хлора и металлической меди: m(Cl2) = ν(Cl2) M(Cl2) = 0,2 моль 71 г/моль = 14,2 г m(Cu) = ν(Cu) M(Cu) = 0,2 моль 64 г/моль = 12,8 г
Рассчитаем массу раствора после электролиза: mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(CuCl2) — m(Cu) — m(Cl2) = 360 г — 12,8 г — 14,2 г = 333 г
Исходя из уравнения электролиза, можно сделать вывод о том, что количество вещества хлорида меди, вступившего в реакцию электролиза, равно количеству вещества образовавшейся металлической меди: νпрореаг.(CuCl2) = ν(Cu) = 0,2 моль
Тогда количество вещества хлорида меди будет равно: νост.(CuCl2) = νисх.(CuCl2) — νпрореаг.(CuCl2) = 0,4 моль — 0,2 моль = 0,2 моль
Из раствора, полученного в результате электролиза, отобрали порцию массой 66,6 г. Это составляет 66,6 г / 333 г = 1/5 часть от этого раствора.
Поскольку отобрали 1/5 часть раствора, следовательно, отобрали и 1/5 часть каждого компонента этого раствора. Следовательно: νв порции(CuCl2) = νост.(CuCl2) 1/5 = 0,2 моль 1/5 = 0,04 моль
Хлорид меди реагирует с гидроксидом натрия в соответствии с уравнением:
CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl
Исходя из этого уравнения реакции: ν(NaOH) = 2ν(CuCl2) = 2 0,04 моль = 0,08 моль m(NaOH) = ν(NaOH) M(NaOH) = 0,08 моль 40 г/моль = 3,2 г
Тогда: mр-ра(NaOH) = 100% m(NaOH) / ω(NaOH) = 100% 3,2 г / 10% = 32 г
Задачи 34 для самостоятельного решения
1.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г 16%-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
2.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 282 г 40%-ного раствора нитрата меди (II). После того как масса раствора уменьшилась на 32 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. 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).
3.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 340 г 20%-ного раствора нитрата серебра. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 79,44 г. Вычислите массу 10%-ного раствора хлорида натрия, необходимого для полного осаждения ионов серебра 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).
4.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 312 г 15%-ного раствора хлорида натрия. После того как на катоде выделилось 6,72 л (н.у.) газа, процесс остановили и отобрали порцию полученного раствора массой 58,02 г. Вычислите массу 20%-ного раствора сульфата меди(II), необходимого для полного осаждения гидроксид-ионов 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).
5. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 640 г 15%-ного раствора сульфата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 32 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 400 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. 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).
6.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).
7.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 624 г 10%-ного раствора хлорида бария. После того как на катоде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 91,41 г. Вычислите массу 10%-ного раствора карбоната натрия, необходимого для полного осаждения ионов бария 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).
8.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г 16%-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 53 г 10%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю сульфата меди(II) в полученном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
9.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 135 г 40%-ного раствора хлорида меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 27 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 160 г 30%-ного раствора гидроксида натрия. 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).
10.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 390 г 15%-ного раствора хлорида натрия. После того как масса раствора уменьшилась на 21,9 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 160 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). Определите массовую долю хлорида натрия в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
11.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 170 г 40%-ного раствора нитрата серебра. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 175,5 г 10%-ного раствора хлорида натрия. Определите массовую долю хлорида натрия в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
12.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).
13.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 470 г 20%-ного раствора нитрата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 24 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 212 г 10%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю нитрата меди(II) в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
14.Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 376 г 30%-ного раствора нитрата меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 224 г 25%-ного раствора гидроксида натрия. 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).
15. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 340 г 20%-ного раствора нитрата серебра. После того как масса раствора уменьшилась на 23,2 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 175,5 г 20%-ного раствора хлорида натрия. Определите массовую долю хлорида натрия в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
16. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 270 г 20%-ного раствора хлорида меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 120 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. 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).
17. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 360 г 15%-ного раствора хлорида меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 66,6 г. Вычислите массу 10%-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).