Решение: Электролиз раствора хлорида бария
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 624 г 10%-ного раствора хлорида бария. После того как на катоде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 91,41 г. Вычислите массу 10%-ного раствора карбоната натрия, необходимого для полного осаждения ионов бария из отобранной порции раствора.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления, указывая единицы измерения искомых физических величин.
Решение по шагам
12 шаговМасса хлорида бария в исходном растворе:
$$m(\mathrm{BaCl_2})=624\cdot 0{,}10=62{,}4\ \text{г}$$Количество вещества хлорида бария:
$$n(\mathrm{BaCl_2})=\frac{62{,}4}{208}=0{,}30\ \text{моль}$$На катоде выделяется водород:
$$2\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow\mathrm{H_2}+2\mathrm{OH^-}$$Количество вещества водорода, выделившегося при электролизе:
$$n(\mathrm{H_2})=\frac{4{,}48}{22{,}4}=0{,}20\ \text{моль}$$В исходном растворе содержится $0{,}60$ моль ионов $\mathrm{Cl^-}$. Поэтому сначала на аноде полностью расходуются хлорид-ионы:
$$2\mathrm{Cl^-}-2e^-\rightarrow\mathrm{Cl_2};\quad n(\mathrm{Cl_2})=\frac{0{,}60}{2}=0{,}30\ \text{моль}$$Для выделения $0{,}20$ моль водорода требуется $0{,}40$ моль электронов. После расходования хлорид-ионов остаётся $0{,}40-0{,}60/1=0{,}34$ моль электронов для окисления воды на аноде:
$$2\mathrm{H_2O}-4e^-\rightarrow\mathrm{O_2}+4\mathrm{H^+};\quad n(\mathrm{O_2})=\frac{0{,}34}{4}=0{,}085\ \text{моль}$$Масса газов, удалившихся из раствора:
$$m(\mathrm{H_2})=0{,}20\cdot2=0{,}40\ \text{г};\quad m(\mathrm{Cl_2})=0{,}30\cdot71=21{,}30\ \text{г};\quad m(\mathrm{O_2})=0{,}085\cdot32=2{,}72\ \text{г}$$Масса раствора после электролиза:
$$m_{\text{р-ра}}=624-0{,}40-21{,}30-2{,}72=599{,}58\ \text{г}$$При электролизе количество вещества ионов бария не изменяется и равно $0{,}30$ моль. В отобранной порции содержится:
$$n(\mathrm{Ba^{2+}})=0{,}30\cdot\frac{91{,}41}{599{,}58}=0{,}0457\ \text{моль}$$Осаждение ионов бария происходит по уравнению:
$$\mathrm{BaCl_2+Na_2CO_3\rightarrow BaCO_3\downarrow+2NaCl}$$Количество вещества и масса чистого карбоната натрия:
$$n(\mathrm{Na_2CO_3})=n(\mathrm{Ba^{2+}})=0{,}0457\ \text{моль};\quad m(\mathrm{Na_2CO_3})=0{,}0457\cdot106=4{,}84\ \text{г}$$Масса 10%-ного раствора карбоната натрия:
$$m_{\text{р-ра}}(\mathrm{Na_2CO_3})=\frac{4{,}84}{0{,}10}=48{,}4\ \text{г}$$Масса 10%-ного раствора карбоната натрия составляет 48,4 г.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что на аноде всё время выделяется только хлор, хотя хлорид-ионы расходуются.
Не учитывать массу выделившихся газов при определении массы раствора после электролиза.
Использовать массу всей исходной порции вместо массы раствора после электролиза.
Забыть разделить массу чистого карбоната натрия на массовую долю 0,10.