Номер 3, страница 13, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

•3. Медь получают электролизом водного раствора сульфата меди (II) с инертными электродами. При этом на аноде выделился кислород объемом 448 л (н. у.). Рассчитайте массу меди, полученной на катоде.

Ответ: 2,56 кг.

Дано:

$V(O_2) = 448$ л (н. у.)

Электролиз водного раствора $CuSO_4$ с инертными электродами.

Найти:

$m(Cu)$ — массу меди

Решение:

При электролизе водного раствора сульфата меди(II) ($CuSO_4$) с инертными электродами происходят следующие процессы на электродах:

На катоде (отрицательный электрод) происходит восстановление катионов меди, так как медь в ряду активности металлов стоит после водорода:

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

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

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

Для составления общего уравнения процесса необходимо уравнять число электронов, отдаваемых на аноде и принимаемых на катоде. Наименьшее общее кратное для 2 и 4 равно 4. Поэтому катодный процесс умножаем на 2:

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

$2H_2o - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$

Суммируя полуреакции, получаем ионное уравнение:

$2Cu^{2+} + 2H_2o \rightarrow 2Cu^0 + O_2 \uparrow + 4H^+$

Полное молекулярное уравнение электролиза выглядит так:

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

1. Рассчитаем количество вещества (моль) кислорода, выделившегося на аноде. Объем дан при нормальных условиях (н. у.), поэтому используем молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль:

$n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{448 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 20 \text{ моль}$

2. Согласно стехиометрии суммарного уравнения реакции, на 1 моль выделившегося кислорода ($O_2$) образуется 2 моль меди ($Cu$). Найдем количество вещества меди:

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

$n(Cu) = 2 \cdot n(O_2) = 2 \cdot 20 \text{ моль} = 40 \text{ моль}$

3. Теперь рассчитаем массу полученной на катоде меди. Молярная масса меди $M(Cu) \approx 64$ г/моль.

$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu) = 40 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 2560 \text{ г}$

4. Переведем массу из граммов в килограммы:

$2560 \text{ г} = 2,56 \text{ кг}$

Ответ: 2,56 кг.