Номер 11, страница 103 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 10. Металлы - номер 11, страница 103.

Условие.

11. Медный купорос массой 100 г растворили в воде и провели электролиз до обесцвечивания раствора. Какой объём газа (н. у.) выделился при этом?

Решение.

Решение 2.

Дано:

Масса медного купороса $m(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = 100 \text{ г}$
Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

Объём выделившегося газа $V(\text{газ}) - ?$

Решение:

1. Медный купорос – это кристаллогидрат сульфата меди(II) с формулой $CuSO_4 \cdot 5H_2O$. Раствор сульфата меди(II) имеет голубой цвет из-за присутствия гидратированных ионов меди $Cu^{2+}(aq)$. Проведение электролиза до обесцвечивания раствора означает, что все ионы $Cu^{2+}$ были удалены из раствора в ходе реакции.

2. Рассчитаем молярную массу медного купороса. Примем относительные атомные массы: $Ar(Cu) = 64$, $Ar(S) = 32$, $Ar(O) = 16$, $Ar(H) = 1$.
$M(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = M(CuSO_4) + 5 \cdot M(H_2O) = (64 + 32 + 4 \cdot 16) + 5 \cdot (2 \cdot 1 + 16) = 160 + 5 \cdot 18 = 160 + 90 = 250 \text{ г/моль}$.

3. Найдем количество вещества (число молей) медного купороса, которое было растворено:
$n(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = \frac{m}{M} = \frac{100 \text{ г}}{250 \text{ г/моль}} = 0.4 \text{ моль}$.
Поскольку в одной формульной единице кристаллогидрата содержится одна формульная единица сульфата меди, количество вещества $CuSO_4$ также равно 0,4 моль:
$n(CuSO_4) = 0.4 \text{ моль}$.

4. Запишем уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раствора сульфата меди(II) с инертными электродами.
В растворе находятся ионы $Cu^{2+}$, $SO_4^{2-}$ и молекулы воды $H_2O$.
На катоде (отрицательный электрод) происходит восстановление ионов меди, так как медь является менее активным металлом, чем водород:
Катод (–): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu(s)$
На аноде (положительный электрод) происходит окисление молекул воды, так как сульфат-ион ($SO_4^{2-}$) в водном растворе не окисляется:
Анод (+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2(g) \uparrow + 4H^+$
Суммарное уравнение реакции электролиза:
$2CuSO_4 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2Cu(s) \downarrow + O_2(g) \uparrow + 2H_2SO_4$

5. Из уравнения реакции видно, что единственным газообразным продуктом является кислород ($O_2$). Определим его количество вещества по стехиометрическому соотношению с сульфатом меди.
Из уравнения следует, что из 2 моль $CuSO_4$ образуется 1 моль $O_2$.
Следовательно, $n(O_2) = \frac{1}{2} n(CuSO_4) = \frac{1}{2} \cdot 0.4 \text{ моль} = 0.2 \text{ моль}$.

6. Рассчитаем объем выделившегося кислорода при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.
$V(O_2) = n(O_2) \cdot V_m = 0.2 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 4.48 \text{ л}$.

Ответ: при электролизе выделилось 4,48 л газа.