Номер 10, страница 103 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 10. Металлы - номер 10, страница 103.

Условие.

10. При электролизе 240 г 15%-ного раствора гидроксида натрия на аноде выделилось 89,6 л кислорода (н. у.). Рассчитайте массовую долю вещества в растворе после окончания электролиза.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{р-ра1}(NaOH) = 240 \text{ г}$

$\omega_1(NaOH) = 15\% = 0.15$

$V(O_2) = 89.6 \text{ л}$ (н. у.)

$m_{р-ра1}(NaOH) = 240 \text{ г} = 0.240 \text{ кг}$

$V(O_2) = 89.6 \text{ л} = 0.0896 \text{ м}^3$

Найти:

$\omega_2(NaOH) - ?$

Решение:

При электролизе водного раствора гидроксида натрия сам гидроксид натрия не расходуется, так как он является щелочью, образованной активным металлом. Электролизу подвергается вода, а $NaOH$ лишь увеличивает электропроводность раствора. Суммарное уравнение электролиза воды:

$2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$

В ходе реакции из раствора уходит вода в виде газообразных водорода (на катоде) и кислорода (на аноде), что приводит к увеличению концентрации $NaOH$.

1. Рассчитаем массу гидроксида натрия в исходном растворе. Эта масса останется неизменной на протяжении всего процесса.

$m(NaOH) = m_{р-ра1} \cdot \omega_1(NaOH) = 240 \text{ г} \cdot 0.15 = 36 \text{ г}$

2. Найдем количество вещества (в молях) выделившегося кислорода. При нормальных условиях (н. у.) молярный объем любого газа $V_m$ составляет 22,4 л/моль.

$n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{89.6 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 4 \text{ моль}$

3. Используя уравнение реакции, определим, какая масса воды разложилась. Согласно стехиометрическим коэффициентам, при образовании 1 моль кислорода разлагается 2 моль воды.

$n(H_2O) = 2 \cdot n(O_2) = 2 \cdot 4 \text{ моль} = 8 \text{ моль}$

Рассчитаем молярную массу воды:

$M(H_2O) = 2 \cdot M(H) + M(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$

Теперь найдем массу разложившейся воды. Эта масса равна суммарной массе выделившихся газов (водорода и кислорода), которые покинули раствор.

$m(H_2O) = n(H_2O) \cdot M(H_2O) = 8 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 144 \text{ г}$

4. Вычислим массу конечного раствора. Она равна массе исходного раствора за вычетом массы разложившейся воды.

$m_{р-ра2} = m_{р-ра1} - m(H_2O) = 240 \text{ г} - 144 \text{ г} = 96 \text{ г}$

5. Теперь можно рассчитать массовую долю гидроксида натрия в растворе после окончания электролиза.

$\omega_2(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{m_{р-ра2}} = \frac{36 \text{ г}}{96 \text{ г}} = 0.375$

Переведем полученное значение в проценты:

$0.375 \cdot 100\% = 37.5\%$

Ответ: массовая доля вещества (гидроксида натрия) в растворе после окончания электролиза составляет 37,5%.