Решение: Массовая доля нитрата меди
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).
Решение по шагам
11 шаговЗапишем процессы, происходящие при электролизе на инертных электродах:
$$\text{катод: }\mathrm{Cu^{2+}+2e^-\rightarrow Cu};\quad \text{анод: }\mathrm{2H_2O-4e^-\rightarrow O_2+4H^+}$$Уравнение суммарного процесса можно записать в молекулярной форме:
$$\mathrm{2Cu(NO_3)_2+2H_2O\rightarrow 2Cu+O_2+4HNO_3}$$Масса нитрата меди(II) в исходном растворе:
$$m_0(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=470\,\mathrm{г}\cdot 0{,}20=94\,\mathrm{г}$$Количество вещества нитрата меди(II) в исходном растворе:
$$n_0(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=\frac{94\,\mathrm{г}}{188\,\mathrm{г/моль}}=0{,}5\,\mathrm{моль}$$Пусть $x$ моль меди выделилось на катоде. По уравнениям электродных процессов образуется $x/2$ моль кислорода. Уменьшение массы раствора равно сумме масс выделившихся меди и кислорода:
$$24\,\mathrm{г}=64x\,\mathrm{г}+32\cdot\frac{x}{2}\,\mathrm{г}=80x\,\mathrm{г}$$Количество выделившейся меди:
$$x=\frac{24}{80}=0{,}3\,\mathrm{моль}$$По уравнению электролиза на 1 моль выделившейся меди расходуется 1 моль $\mathrm{Cu(NO_3)_2}$. Поэтому после электролиза осталось:
$$n(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=0{,}5-0{,}3=0{,}2\,\mathrm{моль}$$В добавленном растворе содержится карбонат натрия:
$$m(\mathrm{Na_2CO_3})=212\,\mathrm{г}\cdot 0{,}10=21{,}2\,\mathrm{г};\quad n(\mathrm{Na_2CO_3})=\frac{21{,}2\,\mathrm{г}}{106\,\mathrm{г/моль}}=0{,}2\,\mathrm{моль}$$При смешивании растворов протекает реакция:
$$\mathrm{Cu(NO_3)_2+Na_2CO_3\rightarrow CuCO_3\downarrow+2NaNO_3}$$Количество нитрата меди(II) и карбоната натрия одинаково и равно $0{,}2$ моль, поэтому нитрат меди(II) полностью расходуется и в полученном растворе отсутствует.
$$n_{\text{кон}}(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=0$$Следовательно, массовая доля нитрата меди(II) в полученном растворе равна:
$$\omega(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=\frac{0\,\mathrm{г}}{m_{\text{раствора}}}\cdot100\%=0\%$$Массовая доля нитрата меди(II) в полученном растворе равна $0\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Учитывают только массу выделившейся меди и забывают о выделении кислорода.
Считают, что при электролизе расходуется вся исходная соль.
Не записывают реакцию обмена между нитратом меди(II) и карбонатом натрия.
Используют массу осадка в качестве массы всего полученного раствора.
Не проверяют соотношение количеств веществ $\mathrm{Cu(NO_3)_2}$ и $\mathrm{Na_2CO_3}$.