Как решать задачи на электролиз

Накануне ЕГЭ по химии 4 июня 2018 года в интернете замелькали фотографии с задачками на электролиз и на порции. Причем вместе взятые. Напомню, что ранее задачи на электролиз в реальных экзаменационных заданиях не встречались.

Листочки выглядят примерно так:

Все это наводит на мысли, что задания реального ЕГЭ снова слили в интернет до экзамена. Что ж, завтра посмотрим.

Ну а пока хотелось бы напомнить, как решают задачи на электролиз и на порции.

Задача 1. 

При проведении электролиза 500 г 16% раствора сульфата меди (II) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 1,12 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.

Решение.

Во-первых, составляем уравнение реакции электролиза раствора сульфата меди. Как это делать, подробно описано в статье Электролиз.

2CuSO4   +   2H2O   →   2Cu   + 2H2SO4 + O2

Находим массу чистого сульфата меди:

m(CuSO4) = mраствора*ω(CuSO4) = 500*0,16 = 80 г

Количество вещества сульфата меди:

ν(CuSO4) = m/M = 80/160 = 0,5 моль

Видно, что на аноде должно выделиться 0,25 моль газа, или 5,6 л.

Однако, в условии сказано, что выделилось только 1,12 л газа. Следовательно, сульфат меди прореагировал не полностью, а только частично.

Находим количество и массу кислорода, который выделился на аноде:

ν(O2) = V/Vm = 1,12/22,4 = 0,05 моль,

m(O2) = ν*M = 0,05*32 = 1,6 г.

Следовательно, в электролиз вступило 0,1 моль сульфата меди.

В растворе осталось 0,4 моль сульфата меди. При этом образовалось 0,1 моль серной кислоты массой 9,8 г и 0,1 моль меди выпало в осадок (масса меди 6,4 г).

При этом масса полученного раствора после электролиза  mр-ра2 равна:

mр-ра2 = 500 – 1,6 – 6,4 = 492 г

Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. При этом количество растворенных веществ поменялось. Зато не поменялась их массовая доля. Надем массовую долю сульфата меди ω(CuSO4)и серной кислоты ω(H2SO4) в растворе, который остался после электролиза:

m(CuSO4)ост = ν*M = 0,4*160 = 64 г

ω(CuSO4)2 = m(CuSO4)2/*mр-ра2 = 64/492 = 0,13 = 13%

ω(H2SO4) = m(H2SO4)/*mр-ра2 = 9,8/492 = 0,02 = 2%

Найдем массу и количество серной кислоты и массу сульфата меди в порции массой   mр-ра3 = 98,4 г, которую мы отобрали:

m(CuSO4)3 = ω(CuSO4)2*mр-ра3 = 0,13*98,4 = 12,79 г

m(H2SO4)2 = ω(H2SO4)*mр-ра3 = 0,02*98,4 = 1,97 г

ν(CuSO4) = m/M = 12,79/160 = 0,08 моль

ν(H2SO4) = m/M = 1,97/98 = 0,02 моль

Чтобы осадить ионы меди, гидроксид натрия должен прореагировать и с серной кислотой в растворе, и с сульфатом меди:

H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O

CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2H2O

В первой реакции израсходуется 0,04 моль гидроксида натрия, во второй реакции 0,16 моль гидроксида натрия. Всего потребуется 0,2 моль гидроксида натрия. Или 8 г чистого NaOH, что соответствует 40 г 20%-ного раствора. Таким образом, ответ на листочках, распространяемых в интернете, слегка не верный.

 

Другие задачи на электролиз:

2. Электролиз 282 г 40%-ного раствора нитрата меди (II) остановили после того, когда масса раствора уменьшилась на 32 г. К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щелочи в полученном растворе.

3. При проведении электролиза 340 г 20%-ного раствора нитрата серебра (I) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 1, 12 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 79,44 г. Вычислите массу 10%-ного раствора хлорида натрия, необходимого для полного осаждении ионов серебра из отобранной порции раствора.

4. При проведении электролиза 312 г 15%-ного раствора хлорида натрия процесс прекратили, когда на катоде выделилось 6,72 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 58,02 г. Вычислите массу 20%-ного раствора сульфата меди (II), необходимого для полного осаждения гидроксид-ионов из отобранной порции раствора.

5. Электролиз 640 г 15%-ного раствора сульфата меди (II) остановили после того, когда масса раствора уменьшилась на 32 г. К образовавшемуся раствору добавили 400 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щелочи в полученном растворе.

6. При проведении электролиза 360 г 18,75% раствора хлорида меди (II) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 4,48 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 22,2 г. Вычислите массу 20 %-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.

7. При проведении электролиза 624 г 10%-ного раствора хлорида бария процесс прекратили, когда на катоде выделилось 4,48 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 91,41 г. Вычислите массу 10%-ного раствора карбоната натрия, необходимого для полного осаждения ионов бария из отобранной порции раствора.

8. При проведении электролиза 500 г 16%-ного раствора сульфата меди (II) процесс прекрати, когда на аноде выделилось 1,12 л газа. К образовавшемуся раствору прибавили 53 г 10%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю сульфата меди (II) в полученном растворе.

 

 


Комментарии:

One thought on “Как решать задачи на электролиз”

  1. Виктор, объясните, не поняла, зачем рассчитывать массу NaOH прореагировавшего с серной кислотой в 1 задаче. Вопрос стоит — сколько гидроксида потребуется для осаждения ионов меди в отобранной порции, причем здесь кислота? Спасобо.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.