Номер 7, страница 372 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 51. Металлы 1Б-группы: медь и серебро - номер 7, страница 372.

Условие.

7. При пропускании электрического тока через 282 г 17%-ного раствора сульфата меди(II) на катоде образовалось 16 г металла. Вычислите массовую долю соли в растворе после электролиза.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(раствора~CuSO_4) = 282~г$

$\omega(CuSO_4) = 17\% = 0.17$

$m_{катод}(металла) = 16~г$

Данные величины представлены в единицах, общепринятых для химических расчетов, поэтому перевод в систему СИ не требуется.

Найти:

$\omega_{конечн}(CuSO_4)$

Решение:

1. При электролизе водного раствора сульфата меди(II) на катоде выделяется металлическая медь ($\text{Cu}$), а на аноде - кислород ($O_2$). Запишем суммарное уравнение реакции:

$2CuSO_4 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2Cu \downarrow + O_2 \uparrow + 2H_2SO_4$

2. Рассчитаем начальную массу сульфата меди(II) в исходном растворе:

$m_{исх}(CuSO_4) = m(раствора) \cdot \omega(CuSO_4) = 282~г \cdot 0.17 = 47.94~г$

3. Вычислим количество вещества меди, образовавшейся на катоде. Молярная масса меди $M(Cu) \approx 64~г/моль$.

$n(Cu) = \frac{m(Cu)}{M(Cu)} = \frac{16~г}{64~г/моль} = 0.25~моль$

4. По уравнению реакции определим количество вещества сульфата меди(II), которое подверглось электролизу. Согласно стехиометрии реакции:

$n_{прореаг}(CuSO_4) = n(Cu) = 0.25~моль$

5. Рассчитаем массу прореагировавшего сульфата меди(II). Молярная масса $M(CuSO_4) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160~г/моль$.

$m_{прореаг}(CuSO_4) = n_{прореаг}(CuSO_4) \cdot M(CuSO_4) = 0.25~моль \cdot 160~г/моль = 40~г$

6. Найдем массу сульфата меди(II), оставшуюся в растворе:

$m_{ост}(CuSO_4) = m_{исх}(CuSO_4) - m_{прореаг}(CuSO_4) = 47.94~г - 40~г = 7.94~г$

7. Масса конечного раствора будет меньше исходной на массу меди, выпавшей в осадок, и массу кислорода, выделившегося в виде газа. Найдем массу кислорода. По уравнению реакции:

$n(O_2) = \frac{1}{2} n(Cu) = \frac{1}{2} \cdot 0.25~моль = 0.125~моль$

Молярная масса кислорода $M(O_2) = 2 \cdot 16 = 32~г/моль$.

$m(O_2) = n(O_2) \cdot M(O_2) = 0.125~моль \cdot 32~г/моль = 4~г$

8. Рассчитаем конечную массу раствора:

$m_{конечн.раствора} = m_{исх.раствора} - m(Cu) - m(O_2) = 282~г - 16~г - 4~г = 262~г$

9. Вычислим массовую долю оставшегося сульфата меди(II) в конечном растворе:

$\omega_{конечн}(CuSO_4) = \frac{m_{ост}(CuSO_4)}{m_{конечн.раствора}} \cdot 100\% = \frac{7.94~г}{262~г} \cdot 100\% \approx 3.03\%$

Ответ: массовая доля соли в растворе после электролиза составляет 3.03%.