Решение: Электролиз раствора сульфата меди
Через 640 г 15%-ного раствора сульфата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 11,2 л (н.у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили 665,6 г 25%-ного раствора хлорида бария. Определите массовую долю хлорида бария в полученном растворе.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления, указывая единицы измерения искомых физических величин.
Решение по шагам
11 шаговПри электролизе на катоде выделяется медь, а на аноде — кислород.
$$Катод: \mathrm{Cu^{2+}+2e^-\rightarrow Cu};\quad \text{анод: }2\mathrm{H_2O}-4e^-\rightarrow \mathrm{O_2}+4\mathrm{H^+}$$Суммарное уравнение электролиза раствора сульфата меди(II):
$$2\mathrm{CuSO_4}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow 2\mathrm{Cu}+\mathrm{O_2}+2\mathrm{H_2SO_4}$$Количество вещества кислорода, выделившегося на аноде:
$$n(\mathrm{O_2})=\dfrac{11{,}2\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}}=0{,}5\ \text{моль}$$По уравнению электролиза образовалось и израсходовалось по 1,0 моль соответствующих веществ:
$$n(\mathrm{CuSO_4})=n(\mathrm{H_2SO_4})=2n(\mathrm{O_2})=1{,}0\ \text{моль}$$Масса сульфата меди(II) в исходном растворе и его количество вещества:
$$m(\mathrm{CuSO_4})=0{,}15\cdot 640=96\ \text{г};\quad n(\mathrm{CuSO_4})=\dfrac{96}{160}=0{,}6\ \text{моль}$$Сульфат меди(II) содержался в недостатке относительно количества, необходимого для выделения 0,5 моль кислорода. Поэтому после электролиза $0,6$ моль $\mathrm{CuSO_4}$ полностью израсходовались, а в растворе образовалось $1,0$ моль $\mathrm{H_2SO_4}$.
$$n(\mathrm{CuSO_4})_{\text{остаток}}=0$$Масса хлорида бария в добавленном растворе:
$$m(\mathrm{BaCl_2})=0{,}25\cdot 665{,}6=166{,}4\ \text{г}$$Количество вещества хлорида бария:
$$n(\mathrm{BaCl_2})=\dfrac{166{,}4}{208}=0{,}8\ \text{моль}$$Хлорид бария реагирует с серной кислотой с образованием осадка сульфата бария:
$$\mathrm{BaCl_2+H_2SO_4\rightarrow BaSO_4\downarrow+2HCl}$$Серная кислота находится в избытке: $1,0$ моль, а хлорида бария только $0,8$ моль. Следовательно, весь хлорид бария расходуется на реакцию и в полученном растворе его не остаётся.
$$n(\mathrm{BaCl_2})_{\text{остаток}}=0{,}8-0{,}8=0\ \text{моль}$$Массовая доля хлорида бария в полученном растворе равна:
$$\omega(\mathrm{BaCl_2})=\dfrac{m(\mathrm{BaCl_2})_{\text{остаток}}}{m_{\text{раствора}}}\cdot 100\%=0\%$$Массовая доля хлорида бария в полученном растворе равна 0%.
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 сульфат меди(II) полностью расходуется.
Считать, что хлорид бария остаётся в растворе, не сравнив количества веществ.
Использовать массу добавленного раствора вместо массы оставшегося хлорида бария.
Не записать образование осадка сульфата бария.