Через 120 г 10%-ного раствора едкого натра пропустили электрический ток, в результате выделилось 134,4 л (н. у.) газов. Часть полученного раствора, 12,8 г, использовали для полного осаждения меди из 32 г раствора сульфата меди(II). Вычислите массовую долю сульфата меди(II) в 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:
$2H_2O = 2H_2 + O_2$ (1)
$CuSO_4 + 2NaOH = Cu(OH)↓ + Na_2SO_4$ (2)
2) Количество вещества реагентов:
$m(NaOH)_{чист.}$ = 0.1 ‧ 120 = 12 г
M(NaOH) = 40 г/моль; n(NaOH) = 12 / 40 = 0.3 моль
3) По уравнению (1).
Пусть выделилось x моль $O_2$. тогда:
а) $V(O_2)$ = 22.4x л
б) $n(H_2)$ = 2x моль, $V(H_2)$ = 2x ‧ 22.4 л
в) 2x ‧ 22.4 + 22.4x = 134.4
x = 2
г) $M(H_2)$ = 2 г/моль, $n(H_2)$ = 2 ∙ 2 = 4 моль, $m(H_2)$ = 4 ‧ 2 = 8 г
$M(O_2)$ = 32 г/моль, $n(O_2)$ = 2 моль, $m(O_2)$ = 2 ‧ 32 = 64 г
4) Находим количество NaOH в отобранной порции раствора:
а) масса раствора после электролиза
$m_{р-ра}(NaOH)_{после электролиза}$ = 120 – 8 – 64 = 48 г
б) так как концентрация вещества в растворе и в любой его части одинакова, то
0.3 / 48 = x / 12.8
x = 0.3 ∙ 12.8 / 48 = 0.08 моль NaOH
5) Находим массовую долю $CuSO_4$ в растворе:
а) по уравнению (2):
$n(CuSO_4)$ = 0.5n(NaOH) = 1 ∙ 0.08 / 2 = 0.04 моль
$M(CuSO_4)$ = 160 г/моль, $m(CuSO_4)$ = 0.04 ∙ 160 = 6.4 г
б) $ω(CuSO_4)$ = 6.4 / 32 = 0.2. или 20 %