Для проведения электролиза взяли 640 г 20 раствора сульфата меди 2

Для проведения электролиза взяли 640 г 20 раствора сульфата меди 2

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).

1. Составим уравнение реакции электролиза раствора сульфата меди(II):

2. Определим, является ли выделившийся газ продуктом только одной реакции:

Но по уравнению реакции (1) должно выделиться кислорода. Значит, кислород выделяется ещё в результате реакции электролиза серной кислоты (воды):

Тогда

3. Определим массу раствора по результатам двух реакций электролиза:

3. К полученном раствору прилили раствор хлорида бария:

Определим, какой из реагентов в избытке, а какой — в недостатке:

отсюда видим, что хлорид бария в избытке. Значит, можем определить, сколько именно хлорида бария осталось непрореагировавшим:

4. Найдём массу конечно раствора, после реакции с хлоридом бария:

откуда массовая доля хлорида бария в конечном растворе:

%.

Критерии оценивания выполнения задания Баллы
Ответ правильный и полный:

− в ответе правильно записаны уравнения реакций, соответствующих условию задания;

− правильно произведены вычисления, в которых используются

необходимые физические величины, заданные в условии задания;

− продемонстрирована логически обоснованная взаимосвязь

физических величин, на основании которых проводятся расчёты;

− в соответствии с условием задания определена искомая физическая величина

4
Допущена ошибка только в одном из перечисленных выше

элементов ответа

3
Допущены ошибки в двух из перечисленных выше элементах ответа 2
Допущены ошибки в трёх из перечисленных выше элементах ответа 1
Все элементы ответа записаны неверно.
Максимальный балл 4

Примечание. В случае, когда в ответе содержится ошибка в вычислениях в одном из трёх элементов (втором, третьем или четвёртом), которая привела к неверному ответу, оценка за выполнение задания снижается только на 1 балл.

Источник

Для проведения электролиза взяли 640 г 20 раствора сульфата меди 2

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).

1. Составим уравнение реакции электролиза раствора сульфата меди(II):

2. Определим, является ли выделившийся газ продуктом только одной реакции:

Но по уравнению реакции (1) должно выделиться кислорода. Значит, кислород выделяется ещё в результате реакции электролиза серной кислоты (воды):

Тогда

3. Определим массу раствора по результатам двух реакций электролиза:

3. К полученном раствору добавили цинк:

Определим, какой из реагентов в избытке, а какой — в недостатке:

отсюда видим, что цинк в избытке. Значит, можем определить, сколько именно цинка прореагировало:

4. Найдём массу конечно раствора, после реакции с цинком:

откуда массовая доля cульфата цинка в конечном растворе:

%.

Критерии оценивания выполнения задания Баллы
Ответ правильный и полный:

− в ответе правильно записаны уравнения реакций, соответствующих условию задания;

− правильно произведены вычисления, в которых используются

необходимые физические величины, заданные в условии задания;

− продемонстрирована логически обоснованная взаимосвязь

физических величин, на основании которых проводятся расчёты;

− в соответствии с условием задания определена искомая физическая величина

4
Допущена ошибка только в одном из перечисленных выше

элементов ответа

3
Допущены ошибки в двух из перечисленных выше элементах ответа 2
Допущены ошибки в трёх из перечисленных выше элементах ответа 1
Все элементы ответа записаны неверно.
Максимальный балл 4

Примечание. В случае, когда в ответе содержится ошибка в вычислениях в одном из трёх элементов (втором, третьем или четвёртом), которая привела к неверному ответу, оценка за выполнение задания снижается только на 1 балл.

Источник

Задачи 34 (2018). Расчет массовой доли химического соединения в смеси.

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).

Ответ: 40 г

Пояснение:

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.

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).

Ответ: 2,16 %

Пояснение:

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

Следовательно:
m(Cu) = ν(Cu) ∙ M(Cu) = 2х моль ∙ 64 г/моль = 128х г;
m(O2) = ν(O2) ∙ M(O2) = х моль ∙ 32 г/моль = 32x г

Тогда справедливым будет следующее уравнение:
128х + 32x = 32

Т.е. ν(O2) = x моль = 0,2 моль, а ν(Cu) = 2 ∙ x моль = 2 ∙ 0,2 моль = 0,4 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. Тогда:

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.

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

Тогда:
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 %.

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).

Ответ: 29,25 г

Пояснение:

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

1/4 часть.
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.

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).

Ответ: 48 г

Пояснение:

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.
Следовательно,
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.

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).

Ответ: 3,24 %

Пояснение:

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.:
m(Cu) + m(O2) = 32 г.

Обозначим количество вещества образовавшегося кислорода как x моль. Тогда, исходя из уравнения реакции электролиза, можно записать, что:
ν(Cu) = 2ν(O2) = 2x моль

Следовательно,
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:
128x + 32x = 32.

Решим его:
160x = 32;
x = 0,2.

То есть:
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;

следовательно,
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.

Тогда:
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 %.

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).

Ответ: 8 г

Пояснение:

Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида меди (II):
CuCl2 → Сu↓ + Cl2

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

Найдем массу раствора гидроксида натрия, необходимого для осаждения Cu 2+ :
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.

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).

Ответ: 47,7 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.

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).

Ответ: 11,79 %

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.

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 %.

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).

Ответ: 12,88 %

Решение:

Уравнение электролиза водного раствора хлорида меди:
CuCl2 = Cu↓ + Cl2

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.:
m(Cu) + m(Cl2) = 27 г.

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.

Следовательно,
71x + 64x = 27;
135x = 27;
x = 0,2

Таким образом, 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.

Следовательно,
ωконечн.(NaOH) = 100% · mост.(NaOH)/mкон. р-ра = 100% · 32 г/248,4 г = 12,88 %.

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).

Ответ: 4,60 %

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:
71x + 2x = 21,9;
73x = 21,9;
x = 0,3.

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:
νост.(NaCl) =νисх.(NaCl) -νпрореаг.(NaCl) = 1 моль − 0,6 моль = 0,4 моль;
mост.(NaCl) =νост.(NaCl) · M(NaCl) = 0,4 моль · 58,5 г/моль = 23,4 г.

Таким образом, после электролиза водный раствор содержит:
νост.(NaCl) = 0,4 моль;
ν(NaOH) = 0,6 моль.

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.
Поскольку,
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 %

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).

Ответ: 1,46 %

Решение:

Запишем уравнение электролиза нитрата меди:
2Cu(NO3)2 + 2H2O = 2Cu↓ + 4HNO3 + O2

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:
νI(NaOH) = ν (HNO3) = 0,8 моль;
νII(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) − νI(NaOH) − νII(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 %.

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).

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%.

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).

Ответ: 2,33 %

Решение:

Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида меди (II):
CuCl2 = Cu↓ + Cl2

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.

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 %.

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).

Ответ: 32 г

Решение:

Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида меди (II):
CuCl2 = Cu↓ + Cl2

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.

Источник

Читайте также:  Уравнение реакции хлорида аммония с хлоридом меди
Adblock
detector