Перейти к содержанию

При электролизе 9,4 %-ного раствора нитрата меди(II) на катоде выделилось в 1,5 раза больше газа по объёму, чем на аноде

При электролизе 9,4 %-ного раствора нитрата меди(II) на катоде выделилось в 1,5 раза больше газа по объёму, чем на аноде. Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).


1) Уравнения реакций:

$2Cu(NO_3)_2 + 2H_2O = 2Cu↓ + O_2↑ + 4HNO_3$ (1)

$2H_2O = 2H_2 + O_2$ (2)

Уравнение (1) описывает электролиз раствора $Cu(NO_3)_2$. После полного осаждения меди будет происходить электролиз воды (раствора $HNO_3$) (уравнение 2).

2) Пусть в реакции (1) выделился 1 моль $O_2$. тогда рассчитываем по уравнению (1):

а) $М(O_2)$ = 32 г/моль; $m(O_2)_{(1)}$ = 1 · 32 = 32 г

б) $n(Cu(NO_3)_2$ = 2n$(O_2)$ = 2 моль

$M(Cu(NO_3)_2)$ = 188 г/моль; $m(Cu(NO_3)_2)$ = 2 · 188 = 376 г

$m_{р-ра}(Cu(NO_3)_2)$ = 376 / 0,094 = 4000 г

в) n(Cu) = 2n($O_2$) = 2 моль

M(Cu) = 64 г/моль; m(Cu) = 2 · 64 = 128 г

г) $n(HNO_3) = 4n(O_2)$ = 4 моль

$M(HNO_3)$ = 63 г/моль; $m(HNO_3)$ = 4 · 63 = 252 г

3) Пусть по реакции (2) выделилось x моль $O_2$. тогда:

а) $n(H_2) = 2n(O_2)$ = 2x моль

$V(H_2)$ = 2x · 22.4 л

б) общий объём выделившегося кислорода:

$V(O_2)$ = (1 + x) · 22.4 л

в) так как объём водорода в 1.5 раза больше суммарного объёма выделившегося кислорода, то:

2x / (1 + x) = 1.5

x = 3

$n(H_2)_{(2)}$ = 6 моль; $n(O_2)_{(2)}$ = 3 моль

г) рассчитываем массу выделившихся газов:

$M(H_2)$ = 2 г/моль; $m(H_2)$ = 6 · 2 = 12 г

$m(O_2)_{(2)}$ = 3 · 32 = 96 г

4) $ω(HNO_3) = m(HNO_3)$ / $m_{р-ра}(HNO_3)$

$m_{р-ра}(HNO_3)$ = 4000 – (128 + 32 + 12 + 96) = 3732 г

$ω(HNO_3)$ = 252 / 3732 ≈ 0.0675, или 6.75 %

$ω(H_2O)$ = 100 – 6.75 = 93.25 %