Номер 2, страница 75, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

•2. Вычислите массу меди, которая выделилась на катоде, если в результате электролиза сульфата меди (II) на аноде образовался кислород объемом 6,72 л (н. у.).

Ответ: 38,4 г.

Дано:

Объем кислорода $V(O_2) = 6,72$ л (н. у.)

Найти:

Массу меди $m(Cu)$

Решение:

Процесс электролиза водного раствора сульфата меди(II) можно описать следующими уравнениями:

В растворе соль диссоциирует на ионы:

$CuSO_4 \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-}$

На катоде (отрицательный электрод), куда движутся катионы $Cu^{2+}$, происходит их восстановление до металлической меди:

Катод(–): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$

На аноде (положительный электрод) происходит окисление молекул воды (так как сульфат-ион $SO_4^{2-}$ является кислородсодержащим и в водных растворах не окисляется):

Анод(+): $2H_2o - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$

Для нахождения соотношения продуктов на катоде и аноде, составим суммарное уравнение реакции. Для этого необходимо уравнять число электронов, отданных на аноде и принятых на катоде. Наименьшее общее кратное для 2 и 4 равно 4. Поэтому катодный процесс умножаем на 2:

$2Cu^{2+} + 4e^- \rightarrow 2Cu^0$

Теперь можно сложить процессы на аноде и катоде, чтобы получить итоговое уравнение электролиза:

$2CuSO_4 + 2H_2o \xrightarrow{электролиз} 2Cu \downarrow + O_2 \uparrow + 2H_2SO_4$

Из этого уравнения видно, что количества вещества меди и кислорода соотносятся как 2 к 1.

1. Найдем количество вещества (моль) кислорода, который образовался на аноде. Так как объем дан при нормальных условиях (н. у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль:

$n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{6,72 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

2. Согласно стехиометрии реакции, количество вещества меди в два раза больше количества вещества кислорода:

$\frac{n(Cu)}{2} = \frac{n(O_2)}{1}$

$n(Cu) = 2 \cdot n(O_2) = 2 \cdot 0,3 \text{ моль} = 0,6 \text{ моль}$

3. Теперь вычислим массу меди, зная её количество вещества и молярную массу ($M(Cu) \approx 64$ г/моль):

$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu) = 0,6 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 38,4 \text{ г}$

Ответ: 38,4 г.