Question

Электролиз 640 г 15 % раствора сульфата меди (II) остановили после того, когда, масса раствора уменьшилась на 32 г. К образовавшемуся

Answer 1

Запишем уравнение электролиза водного раствора сульфата меди (II):
2CuSO4 + 2H2O→(электролиз)2Сu + O2 + 2H2SO4
Уменьшение массы раствора произошло за счет выделения меди на катоде и кислорода на аноде.
Проверим, остался ли в растворе сульфат меди (II) после окончания электролиза(когда CuSO4 полностьюпрореагирует, начнется электролиз воды).
Найдем массу и количество вещества исходного сульфата меди (II):
m(CuSO4)исх. = m(CuSO4)р-ра∙ω(CuSO4) = 640 г ∙ 0,15 = 96г
n(CuSO4)исх. = m(CuSO4)исх./М(CuSO4) = 96г / 160 г/моль = 0,6моль.
Если весь CuSO4 будет израсходован, то согласно уравнению электролиза масса образовавшейся меди составит 0,6моль∙64 г/моль = 38,4 г, что уже превосходит сумму масс меди и кислорода (32 г), выделившихся из раствора. Следовательно, после электролиза в растворе остался CuSO4.
Добавленный гидроксид натрия реагирует с оставшимся CuSO4 и образовавшейся серной кислотой:
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓+ Na2SO4   (1)
Н2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + Н2О              (2)
Пусть количество вещества образовавшегося кислорода n(O2) = хмоль. Тогда количество вещества образовавшейся меди n(Сu) = 2xмоль. m(O2) = 32x(г), аm(O2) = 64∙2x = 128x(г). По условию задачи: m(O2) + m(O2) = 32.
32x + 128x = 32
х = 0,2(моль)
Найдем количество вещества сульфата меди (II), подвергшегося электролизу:
n(CuSO4)реакц. = n(Cu) = 2xмоль= 2∙0,2 моль = 0,4моль.
Найдем количество вещества сульфата меди (II), оставшегося в растворе:
n(CuSO4)ост. = n(CuSO4)исх. – n(CuSO4)реакц. = 0,6моль – 0,4моль = 0,2моль.
Найдем количество вещества образовавшейся серной кислоты:
n(Н2SO4) = n(CuSO4)реакц.= 0,4 моль.
Определим массу и количество вещества исходного раствора гидроксида натрия:
m(NaOH(исх.))в-ва = m(NaOH(исх.))р-ра ∙ ω(NaOH) = 400 г ∙ 0,2 = 80 г
n(NaOH(исх.)) = m(NaOH(исх.))в-ва / M(NaOH) = 80 г / 40 г/моль = 2 моль.
Определим количество вещества и массу гидроксида натрия, оставшегося в растворе:
n(NaOH)реакц.1 = 2∙n(CuSO4)ост. = 2∙0,2моль = 0,4моль.
n(NaOH)реакц.2 = 2∙n(Н2SO4) = 2∙0,4 моль = 0,8 моль.
n(NaOH)ост. = n(NaOH)исх. – n(NaOH)реакц.1– n(NaOH)реакц.2= 2 моль – 0,4моль– 0,8 моль = 0,8моль.
m(NaOH)ост. =n(NaOH)ост.∙ М(NaOH) = 0,8моль ∙ 40 г/моль = 32г.
Найдем массу образовавшегося раствора и массовую долю гидроксида натрия в нем:
mкон.р-ра = m(CuSO4)р-ра + m(NaOH(исх.))р-ра – (m(Cu) + m(O2)) – m(Cu(OH)2)=
= 640г + 400 г – 32 г– (0,2моль ∙ 98 г/моль) = 988,4г
ω(NaOH)кон.р-р = m(NaOH)ост./mкон.р-ра = 32г / 988,4 г = 0,324 (3,24 %).
Ответ: ω(NaOH) = 3,24%.