Решение: Массовая доля щёлочи после реакций
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 234 г 20%-ного раствора хлорида натрия. После того как на катоде выделилось 6,72 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 160 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). 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
16 шаговЗапишем процессы, происходящие при электролизе раствора хлорида натрия на инертных электродах:
$$\mathrm{2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow}$$Количество водорода, выделившегося на катоде:
$$n(\mathrm{H_2}) = \dfrac{V(\mathrm{H_2})}{V_m} = \dfrac{6{,}72\ \mathrm{л}}{22{,}4\ \mathrm{л/моль}} = 0{,}300\ \mathrm{моль}$$По уравнению реакции количество образовавшегося гидроксида натрия в два раза больше количества водорода:
$$n(\mathrm{NaOH}) = 2n(\mathrm{H_2}) = 2 \cdot 0{,}300 = 0{,}600\ \mathrm{моль}$$Масса гидроксида натрия, образовавшегося после электролиза:
$$m(\mathrm{NaOH}) = nM = 0{,}600 \cdot 40 = 24{,}0\ \mathrm{г}$$Масса хлорида натрия в исходном растворе равна:
$$m(\mathrm{NaCl}) = 234 \cdot 0{,}20 = 46{,}8\ \mathrm{г}$$Количество хлорида натрия в исходном растворе:
$$n(\mathrm{NaCl}) = \dfrac{46{,}8}{58{,}5} = 0{,}800\ \mathrm{моль}$$По уравнению электролиза прореагировало $0{,}600\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{NaCl}$, поэтому в растворе осталось $0{,}200\ \mathrm{моль}$, или $11{,}7\ \mathrm{г}$, $\mathrm{NaCl}$. Масса выделившихся газов:
$$m(\mathrm{H_2}) + m(\mathrm{Cl_2}) = 0{,}300 \cdot 2 + 0{,}300 \cdot 71 = 21{,}9\ \mathrm{г}$$Масса раствора после электролиза:
$$m_1 = 234 - 21{,}9 = 212{,}1\ \mathrm{г}$$Масса сульфата меди(II) в добавленном растворе:
$$m(\mathrm{CuSO_4}) = 160 \cdot 0{,}20 = 32{,}0\ \mathrm{г}$$Количество сульфата меди(II):
$$n(\mathrm{CuSO_4}) = \dfrac{32{,}0}{160} = 0{,}200\ \mathrm{моль}$$Щёлочь реагирует с сульфатом меди(II):
$$\mathrm{CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4}$$Для реакции с $0{,}200\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{CuSO_4}$ требуется $0{,}400\ \mathrm{моль}$ $\mathrm{NaOH}$. В растворе останется:
$$n_{\text{ост}}(\mathrm{NaOH}) = 0{,}600 - 0{,}400 = 0{,}200\ \mathrm{моль}$$Масса оставшейся щёлочи:
$$m_{\text{ост}}(\mathrm{NaOH}) = 0{,}200 \cdot 40 = 8{,}0\ \mathrm{г}$$Образовавшийся гидроксид меди(II) выпадает в осадок, поэтому его массу вычитаем из массы полученной смеси:
$$m(\mathrm{Cu(OH)_2}) = 0{,}200 \cdot 98 = 19{,}6\ \mathrm{г}$$Масса полученного раствора:
$$m_{\text{р-ра}} = 212{,}1 + 160 - 19{,}6 = 352{,}5\ \mathrm{г}$$Массовая доля щёлочи в полученном растворе:
$$\omega(\mathrm{NaOH}) = \dfrac{8{,}0}{352{,}5} \cdot 100\% \approx 2{,}27\%$$Массовая доля щёлочи в полученном растворе равна $2{,}27\%$.
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 количество образовавшегося $\mathrm{NaOH}$ в два раза больше количества выделившегося $\mathrm{H_2}$.
Не проверить, какое вещество находится в избытке при реакции $\mathrm{CuSO_4}$ с $\mathrm{NaOH}$.
При вычислении массы раствора не вычесть массу осадка $\mathrm{Cu(OH)_2}$.
Использовать массу всей смеси вместо массы раствора без осадка.