Решение: Электролиз раствора хлорида бария
Через 500 г раствора хлорида бария, в котором 53% от общей массы раствора составляет масса протонов в ядрах всех атомов, пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 896 мл (н.у.) газа. К образовавшемуся в результате электролиза раствору добавили 63,6 г карбоната натрия. Определите массовую долю карбоната натрия в конечном растворе.
Решение по шагам
11 шаговПусть $x$ — масса $\mathrm{BaCl_2}$ в исходном растворе. Тогда масса воды равна $(500-x)$ г. Молярная масса $\mathrm{BaCl_2}$ равна $208\ \text{г/моль}$, а суммарная относительная атомная масса протонов в формульной единице равна $90$. Для воды эти величины равны $18$ и $10$ соответственно.
$$0{,}53=\frac{x}{500}\cdot\frac{90}{208}+\frac{500-x}{500}\cdot\frac{10}{18}$$Решая уравнение, получаем массу хлорида бария:
$$x\approx104\ \text{г};\qquad n(\mathrm{BaCl_2})=\frac{104}{208}=0{,}50\ \text{моль}$$На аноде выделяется хлор. Его количество вещества при нормальных условиях:
$$n(\mathrm{Cl_2})=\frac{V(\mathrm{Cl_2})}{V_m}=\frac{0{,}896\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}}=0{,}04\ \text{моль}$$Электролиз раствора хлорида бария описывается уравнением:
$$\mathrm{BaCl_2+2H_2O\rightarrow Ba(OH)_2+H_2\uparrow+Cl_2\uparrow}$$По уравнению реакции $n(\mathrm{Ba(OH)_2})=n(\mathrm{Cl_2})=0{,}04\ \text{моль}$. Хлорида бария в исходном растворе достаточно, так как его было $0{,}50\ \text{моль}$.
$$n(\mathrm{H_2})=0{,}04\ \text{моль};\qquad m(\mathrm{H_2})=0{,}04\cdot2=0{,}08\ \text{г}$$После добавления карбоната натрия протекает реакция:
$$\mathrm{Ba(OH)_2+Na_2CO_3\rightarrow BaCO_3\downarrow+2NaOH}$$Количество добавленного карбоната натрия:
$$n(\mathrm{Na_2CO_3})=\frac{63{,}6}{106}=0{,}60\ \text{моль}$$На реакцию с гидроксидом бария расходуется $0{,}04$ моль $\mathrm{Na_2CO_3}$. В растворе остаётся:
$$n_{\text{ост}}(\mathrm{Na_2CO_3})=0{,}60-0{,}04=0{,}56\ \text{моль};\qquad m_{\text{ост}}(\mathrm{Na_2CO_3})=0{,}56\cdot106=59{,}36\ \text{г}$$Масса выпавшего карбоната бария равна:
$$m(\mathrm{BaCO_3})=0{,}04\cdot197=7{,}88\ \text{г}$$Масса конечного раствора равна массе исходного раствора плюс масса добавленного вещества, за вычетом масс выделившихся газов и осадка:
$$m_{\text{р-ра}}=500+63{,}6-2{,}84-0{,}08-7{,}88=552{,}8\ \text{г}$$Массовая доля карбоната натрия в конечном растворе:
$$w(\mathrm{Na_2CO_3})=\frac{59{,}36}{552{,}8}\cdot100\%\approx10{,}74\%$$Массовая доля карбоната натрия в конечном растворе составляет $10{,}74\%$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывают, что при электролизе на катоде также выделяется водород.
Считают, что весь добавленный карбонат натрия остаётся в растворе, не учитывая реакцию с гидроксидом бария.
Включают массу осадка карбоната бария в массу конечного раствора.
Используют массу выделившегося хлора вместо его количества вещества.