Решение: Электролиз раствора хлорида меди
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 135 г 40%-ного раствора хлорида меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 27 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 160 г 30%-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
9 шаговЗапишем суммарное уравнение электролиза раствора хлорида меди(II) на инертных электродах. Масса раствора уменьшается за счёт выделения меди и хлора.
$$\mathrm{CuCl_2 \xrightarrow{электролиз} Cu + Cl_2}$$Найдём количество вещества хлорида меди(II), разложившегося при электролизе. Молярная масса продуктов, удалившихся из раствора в расчёте на 1 моль $\mathrm{CuCl_2}$, равна $64+71=135\ \mathrm{г/моль}$.
$$n(\mathrm{CuCl_2})=\frac{27\ \mathrm{г}}{135\ \mathrm{г/моль}}=0{,}2\ \mathrm{моль}$$В исходном растворе содержалось $135\cdot0{,}40=54\ \mathrm{г}$ хлорида меди(II), то есть $54/135=0{,}4\ \mathrm{моль}$. После электролиза осталось $0{,}4-0{,}2=0{,}2\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{CuCl_2}$.
$$m_0(\mathrm{CuCl_2})=135\cdot0{,}40=54\ \mathrm{г};\quad n_0(\mathrm{CuCl_2})=\frac{54}{135}=0{,}4\ \mathrm{моль}$$В 160 г 30%-ного раствора гидроксида натрия содержится 48 г $\mathrm{NaOH}$, или 1,2 моль.
$$m(\mathrm{NaOH})=160\cdot0{,}30=48\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{NaOH})=\frac{48}{40}=1{,}2\ \mathrm{моль}$$Оставшийся хлорид меди(II) реагирует с гидроксидом натрия с образованием осадка гидроксида меди(II).
$$\mathrm{CuCl_2+2NaOH\rightarrow Cu(OH)_2\downarrow+2NaCl}$$На реакцию с $0{,}2$ моль $\mathrm{CuCl_2}$ потребуется $0{,}4$ моль $\mathrm{NaOH}$, или $16\ \mathrm{г}$. Следовательно, гидроксид натрия находится в избытке.
$$n_{\text{расх}}(\mathrm{NaOH})=2\cdot0{,}2=0{,}4\ \mathrm{моль};\quad m_{\text{расх}}(\mathrm{NaOH})=0{,}4\cdot40=16\ \mathrm{г}$$Масса оставшегося гидроксида натрия равна $48-16=32\ \mathrm{г}$. Масса раствора после электролиза составляет $135-27=108\ \mathrm{г}$.
$$m_{\text{ост}}(\mathrm{NaOH})=48-16=32\ \mathrm{г};\quad m_1(\text{раствора})=135-27=108\ \mathrm{г}$$При реакции образуется $0{,}2$ моль осадка $\mathrm{Cu(OH)_2}$ массой $0{,}2\cdot98=19{,}6\ \mathrm{г}$. Масса полученного раствора равна сумме масс смешанных растворов за вычетом массы осадка.
$$m(\mathrm{Cu(OH)_2})=0{,}2\cdot98=19{,}6\ \mathrm{г};\quad m_{\text{р-ра}}=108+160-19{,}6=228{,}4\ \mathrm{г}$$Рассчитаем массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе.
$$\omega(\mathrm{NaOH})=\frac{32}{228{,}4}\cdot100\%=14{,}0\%$$Массовая доля гидроксида натрия в полученном растворе составляет $14{,}0\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать уменьшение массы раствора равным только массе выделившегося хлора и не учитывать осаждение меди.
Использовать массу исходного раствора вместо массы раствора после электролиза.
Не учитывать массу осадка $\mathrm{Cu(OH)_2}$ при расчёте массы конечного раствора.
Считать, что весь гидроксид натрия израсходован, хотя он добавлен в избытке.