Решение: Электролиз раствора нитрата меди
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).
Решение по шагам
15 шаговМасса нитрата меди(II) в исходном растворе:
$$m(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=376\cdot0{,}30=112{,}8\ \text{г}$$Количество вещества нитрата меди(II):
$$M(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=188\ \text{г/моль},\quad n(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=\frac{112{,}8}{188}=0{,}6\ \text{моль}$$Количество вещества кислорода, выделившегося на аноде:
$$n(\mathrm{O_2})=\frac{4{,}48}{22{,}4}=0{,}2\ \text{моль}$$Уравнение электролиза раствора на инертных электродах:
$$2\mathrm{Cu(NO_3)_2}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow2\mathrm{Cu}+\mathrm{O_2}+4\mathrm{HNO_3}$$По уравнению реакции при образовании $0{,}2$ моль $\mathrm{O_2}$ прореагировало $0{,}4$ моль $\mathrm{Cu(NO_3)_2}$ и образовалось $0{,}8$ моль $\mathrm{HNO_3}$. Оставшееся количество нитрата меди(II):
$$n_{\text{ост}}(\mathrm{Cu(NO_3)_2})=0{,}6-0{,}4=0{,}2\ \text{моль}$$Масса гидроксида натрия в добавленном растворе и его количество вещества:
$$m(\mathrm{NaOH})=224\cdot0{,}25=56\ \text{г};\quad n(\mathrm{NaOH})=\frac{56}{40}=1{,}4\ \text{моль}$$Сначала гидроксид натрия нейтрализует азотную кислоту:
$$\mathrm{HNO_3+NaOH\rightarrow NaNO_3+H_2O}$$На нейтрализацию $0{,}8$ моль азотной кислоты расходуется $0{,}8$ моль $\mathrm{NaOH}$. Остаётся:
$$n(\mathrm{NaOH})=1{,}4-0{,}8=0{,}6\ \text{моль}$$Оставшийся нитрат меди(II) реагирует с гидроксидом натрия:
$$\mathrm{Cu(NO_3)_2+2NaOH\rightarrow Cu(OH)_2\downarrow+2NaNO_3}$$На реакцию с $0{,}2$ моль $\mathrm{Cu(NO_3)_2}$ расходуется $0{,}4$ моль $\mathrm{NaOH}$. В растворе остаётся:
$$n_{\text{ост}}(\mathrm{NaOH})=0{,}6-0{,}4=0{,}2\ \text{моль};\quad m_{\text{ост}}(\mathrm{NaOH})=0{,}2\cdot40=8\ \text{г}$$При электролизе из раствора удаляются медь и кислород:
$$m(\mathrm{Cu})=0{,}4\cdot64=25{,}6\ \text{г};\quad m(\mathrm{O_2})=0{,}2\cdot32=6{,}4\ \text{г}$$Масса раствора после электролиза:
$$m_1=376-25{,}6-6{,}4=344\ \text{г}$$Образовавшийся гидроксид меди(II) выпадает в осадок. Его масса:
$$m(\mathrm{Cu(OH)_2})=0{,}2\cdot98=19{,}6\ \text{г}$$Масса полученного раствора после добавления раствора гидроксида натрия и отделения осадка:
$$m_{\text{р-ра}}=344+224-19{,}6=548{,}4\ \text{г}$$Массовая доля оставшегося гидроксида натрия:
$$w(\mathrm{NaOH})=\frac{8}{548{,}4}\cdot100\%=1{,}46\%$$Массовая доля щёлочи в полученном растворе равна $1{,}46\%$.
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 при электролизе из раствора удаляются выделившиеся медь и кислород.
Считать, что весь гидроксид натрия расходуется только на нейтрализацию азотной кислоты.
Не учитывать образование и выпадение осадка $\mathrm{Cu(OH)_2}$.
Использовать массу всей смеси вместо массы раствора после удаления осадка.