Решение: Массовая доля щёлочи после электролиза
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).
Решение по шагам
12 шаговМасса хлорида меди(II) в исходном растворе:
$$m(\mathrm{CuCl_2})=270\cdot 0{,}20=54\ \mathrm{г}$$Количество вещества хлорида меди(II):
$$n(\mathrm{CuCl_2})=\frac{54}{135}=0{,}40\ \mathrm{моль}$$Количество вещества газа, выделившегося на аноде:
$$n(\mathrm{Cl_2})=\frac{4{,}48}{22{,}4}=0{,}20\ \mathrm{моль}$$Уравнения процессов на электродах и суммарное уравнение электролиза:
$$\mathrm{2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2};\quad \mathrm{Cu^{2+}+2e^-\rightarrow Cu};\quad \mathrm{CuCl_2\rightarrow Cu+Cl_2}$$По уравнению реакции электролизовано $0{,}20\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{CuCl_2}$. Следовательно, в растворе осталось:
$$n_{\text{ост}}(\mathrm{CuCl_2})=0{,}40-0{,}20=0{,}20\ \mathrm{моль}$$Масса раствора после электролиза равна массе исходного раствора за вычетом масс выделившихся меди и хлора:
$$m_1=270-0{,}20\cdot64-0{,}20\cdot71=230\ \mathrm{г}$$В добавленном растворе содержится:
$$m(\mathrm{NaOH})=120\cdot0{,}20=24\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{NaOH})=\frac{24}{40}=0{,}60\ \mathrm{моль}$$Хлорид меди(II) реагирует с гидроксидом натрия:
$$\mathrm{CuCl_2+2NaOH\rightarrow Cu(OH)_2\downarrow+2NaCl}$$На реакцию с $0{,}20\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{CuCl_2}$ расходуется $0{,}40\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{NaOH}$. В избытке остаётся:
$$n_{\text{ост}}(\mathrm{NaOH})=0{,}60-0{,}40=0{,}20\ \mathrm{моль};\quad m_{\text{ост}}(\mathrm{NaOH})=0{,}20\cdot40=8\ \mathrm{г}$$Образуется осадок гидроксида меди(II):
$$m(\mathrm{Cu(OH)_2})=0{,}20\cdot98=19{,}6\ \mathrm{г}$$Масса полученного раствора без осадка:
$$m_{\text{р-ра}}=230+120-19{,}6=330{,}4\ \mathrm{г}$$Массовая доля щёлочи в полученном растворе:
$$\omega(\mathrm{NaOH})=\frac{8}{330{,}4}\cdot100\%=2{,}42\%$$Массовая доля щёлочи в полученном растворе равна $2{,}42\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что весь исходный хлорид меди(II) разложился: объём хлора соответствует только $0{,}20\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{CuCl_2}$.
Не учитывать расход гидроксида натрия на образование осадка $\mathrm{Cu(OH)_2}$.
Включать массу осадка в массу полученного раствора.
Не вычитать из массы раствора массы выделившихся меди и хлора.