Решение: Массовая доля хлорида натрия
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).
Решение по шагам
12 шаговПри электролизе водного раствора хлорида натрия на инертных электродах протекает реакция:
$$2\mathrm{NaCl}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow 2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H_2}\uparrow+\mathrm{Cl_2}\uparrow$$Масса исходного хлорида натрия в растворе:
$$m(\mathrm{NaCl})=390\cdot 0{,}15=58{,}5\ \mathrm{г}$$Количество вещества хлорида натрия до электролиза:
$$n_0(\mathrm{NaCl})=\frac{58{,}5}{58{,}5}=1\ \mathrm{моль}$$По уравнению реакции из 2 моль $\mathrm{NaCl}$ образуется 1 моль $\mathrm{H_2}$ и 1 моль $\mathrm{Cl_2}$. Масса газов, выделившихся при расходовании 2 моль $\mathrm{NaCl}$, равна:
$$m(\mathrm{H_2})+m(\mathrm{Cl_2})=2+71=73\ \mathrm{г}$$Количество прореагировавшего хлорида натрия:
$$n_{\mathrm{реакц}}(\mathrm{NaCl})=\frac{21{,}9\cdot 2}{73}=0{,}6\ \mathrm{моль}$$Количество и масса хлорида натрия, оставшегося после электролиза:
$$n(\mathrm{NaCl})=1-0{,}6=0{,}4\ \mathrm{моль};\quad m(\mathrm{NaCl})=0{,}4\cdot 58{,}5=23{,}4\ \mathrm{г}$$По уравнению электролиза образовалось $0{,}6\ \mathrm{моль}$ гидроксида натрия. Масса раствора после электролиза:
$$m_1=390-21{,}9=368{,}1\ \mathrm{г}$$В добавленном растворе содержится сульфат меди(II):
$$m(\mathrm{CuSO_4})=160\cdot 0{,}20=32\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{CuSO_4})=\frac{32}{160}=0{,}2\ \mathrm{моль}$$Сульфат меди(II) реагирует с гидроксидом натрия с образованием осадка:
$$\mathrm{CuSO_4}+2\mathrm{NaOH}\rightarrow \mathrm{Cu(OH)_2}\downarrow+\mathrm{Na_2SO_4}$$Для реакции с $0{,}2\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{CuSO_4}$ требуется $0{,}4\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{NaOH}$, поэтому сульфат меди(II) расходуется полностью. Масса осадка:
$$m(\mathrm{Cu(OH)_2})=0{,}2\cdot 98=19{,}6\ \mathrm{г}$$Масса полученного раствора равна массе исходных растворов за вычетом массы осадка:
$$m_{\mathrm{раствора}}=368{,}1+160-19{,}6=508{,}5\ \mathrm{г}$$Хлорид натрия не расходуется в реакции сульфата меди(II) с гидроксидом натрия, поэтому его масса в полученном растворе равна $23{,}4\ \mathrm{г}$. Массовая доля хлорида натрия:
$$\omega(\mathrm{NaCl})=\frac{23{,}4}{508{,}5}\cdot 100\%=4{,}60\%$$Массовая доля хлорида натрия в полученном растворе равна $4{,}60\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывать, что уменьшение массы раствора связано с выделением смеси газов $\mathrm{H_2}$ и $\mathrm{Cl_2}$.
Считать массу добавленного раствора частью массы конечного раствора без вычитания осадка $\mathrm{Cu(OH)_2}$.
Использовать массу исходного хлорида натрия вместо массы $\mathrm{NaCl}$, оставшегося после электролиза.
Не проверить избыток гидроксида натрия: после реакции с $\mathrm{CuSO_4}$ он остаётся в растворе, но на массу $\mathrm{NaCl}$ не влияет.