Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 750 мл раствора сульфата меди(II) с концентрацией 0,8 моль/л и плотностью 1,08 г/мл. После того как на аноде выделилось 4,48 л (н. у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 500 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 3,2 моль/л и плотностью 1,25 г/мл. 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).
1) 2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2
2) CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
3) H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O
Уравнения реакций составлены верно и соответствуют условию.
Расчёты по электролизу раствора CuSO4:
V(исх. р-ра CuSO4) = 750 мл = 0,75 л
n(CuSO4 исх.) = V(исх. р-ра CuSO4) · c(CuSO4) = 0,75 · 0,8 = 0,6 моль
m(исх. р-ра CuSO4) = V(исх. р-ра CuSO4) · 1000 · ρ(исх. р-ра CuSO4) = 0,75 · 1000 · 1,08 = 810 г
n(O2) = V(O2) / Vm = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль
n(Cu) = 2 · n(O2) = 2 · 0,2 = 0,4 моль
n(CuSO4 прореаг.) = n(Cu) = 0,4 моль
n(CuSO4 ост.) = n(CuSO4 исх.) - n(CuSO4 прореаг.) = 0,6 - 0,4 = 0,2 моль
n(H2SO4) = n(CuSO4 прореаг.) = 0,4 моль
Определение избытка NaOH после добавления раствора:
V(р-ра NaOH) = 500 мл = 0,5 л
n(NaOH исх.) = V(р-ра NaOH) · c(NaOH) = 0,5 · 3,2 = 1,6 моль
m(р-ра NaOH) = V(р-ра NaOH) · ρ(р-ра NaOH) = 500 · 1,25 = 625 г
n(NaOH прореаг. с CuSO4) = 2 · n(CuSO4 ост.) = 2 · 0,2 = 0,4 моль
n(NaOH прореаг. с H2SO4) = 2 · n(H2SO4) = 2 · 0,4 = 0,8 моль
n(NaOH прореаг.) = n(NaOH прореаг. с CuSO4) + n(NaOH прореаг. с H2SO4) = 0,4 + 0,8 = 1,2 моль
n(NaOH ост.) = n(NaOH исх.) - n(NaOH прореаг.) = 1,6 - 1,2 = 0,4 моль
m(NaOH ост.) = n(NaOH ост.) · M(NaOH) = 0,4 · 40 = 16 г
Нахождение массы конечного раствора и массовой доли NaOH:
n(Cu(OH)2) = n(CuSO4 ост.) = 0,2 моль
m(Cu(OH)2) = n(Cu(OH)2) · M(Cu(OH)2) = 0,2 · 98 = 19,6 г
m(Cu) = n(Cu) · M(Cu) = 0,4 · 64 = 25,6 г
m(O2) = n(O2) · M(O2) = 0,2 · 32 = 6,4 г
m(конечного р-ра) = m(исх. р-ра CuSO4) + m(р-ра NaOH) - m(Cu) - m(O2) - m(Cu(OH)2) = 810 + 625 - 25,6 - 6,4 - 19,6 = 1383,4 г
ω(NaOH) = m(NaOH ост.) / m(конечного р-ра) · 100 % = 16 / 1383,4 · 100 % = 1,2 %
Ход решения изложен логично и последовательно.
Верно произведены вычисления.
Ответ: ω(NaOH) = 1,2 %
Получен правильный ответ.