Решение: Массовая доля сульфата цинка
Через 640 г 20%-ного раствора сульфата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 13,44 л (н.у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили 65 г цинка. Определите массовую долю сульфата цинка 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
11 шаговНайдём массу и количество вещества сульфата меди(II) в исходном растворе:
$$m(\mathrm{CuSO_4})=640\cdot0{,}20=128\ \text{г};\quad n(\mathrm{CuSO_4})=\frac{128}{160}=0{,}8\ \text{моль}$$Определим количество вещества кислорода, выделившегося на аноде:
$$n(\mathrm{O_2})=\frac{13{,}44}{22{,}4}=0{,}6\ \text{моль}$$Электролиз сульфата меди(II) описывается уравнением:
$$2\mathrm{CuSO_4}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow2\mathrm{Cu}+\mathrm{O_2}+2\mathrm{H_2SO_4}$$Для электролиза всего сульфата меди(II) потребовалось бы $0{,}4$ моль кислорода. Так как выделилось $0{,}6$ моль, после расходования $\mathrm{CuSO_4}$ дополнительно электролизовалась вода:
$$2\mathrm{H_2O}\rightarrow2\mathrm{H_2}+\mathrm{O_2}$$При электролизе $0{,}8$ моль $\mathrm{CuSO_4}$ образовалось $0{,}8$ моль $\mathrm{H_2SO_4}$ и выделилось $0{,}8$ моль меди. Масса меди равна:
$$m(\mathrm{Cu})=0{,}8\cdot64=51{,}2\ \text{г}$$Масса раствора после электролиза уменьшилась на массу выделившихся меди и кислорода:
$$m_1=640-51{,}2-0{,}6\cdot32=569{,}6\ \text{г}$$Цинк реагирует с серной кислотой по уравнению:
$$\mathrm{Zn}+\mathrm{H_2SO_4}\rightarrow\mathrm{ZnSO_4}+\mathrm{H_2}$$Количество вещества цинка и серной кислоты:
$$n(\mathrm{Zn})=\frac{65}{65}=1\ \text{моль};\quad n(\mathrm{H_2SO_4})=0{,}8\ \text{моль}$$Серная кислота является недостатком. Поэтому образуется $0{,}8$ моль сульфата цинка:
$$m(\mathrm{ZnSO_4})=0{,}8\cdot161=128{,}8\ \text{г}$$В реакции выделяется $0{,}8$ моль водорода, его масса равна $1{,}6$ г. Масса конечного раствора:
$$m_2=569{,}6+65-0{,}8\cdot2=633{,}0\ \text{г}$$Вычислим массовую долю сульфата цинка в полученном растворе:
$$\omega(\mathrm{ZnSO_4})=\frac{128{,}8}{633{,}0}\cdot100\%=20{,}35\%$$Массовая доля сульфата цинка в полученном растворе равна $20{,}35\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что весь выделившийся кислород образовался только при электролизе сульфата меди(II), хотя его количества недостаточно для такого вывода.
Не учитывать массу выделившихся меди, кислорода и водорода при расчёте массы конечного раствора.
Считать цинк лимитирующим реагентом, хотя его количество равно $1$ моль, а серной кислоты только $0{,}8$ моль.