Вопрос: Через раствор нитрата меди (II) массой 376 г с массовой долей  соли 25%, пропускали электрический ток до того момента пока на  аноде не выделилось 10,08 литров газа. К полученному растворудобавили 848 г 5%-ного раствора карбоната натрия. Вычислите массовую  долю кислоты в полученном растворе.
Категория: школьный раздел
Ответы:
Для решения задачи необходимо использовать законы электролиза и стехиометрию химических реакций.

Сначала найдем количество вещества, которое было электролизовано. Для этого воспользуемся формулой:

n = m/M,

где n - количество вещества (в молях), m - масса вещества (в граммах), M - молярная масса вещества (в г/моль).

Для нитрата меди (II):

m = 376 г,

M = 63,55 г/моль (молярная масса Cu(NO3)2),

n = m/M ≈ 5,92 моль.

Затем найдем количество электричества, которое прошло через раствор. Для этого воспользуемся законом Фарадея:

Q = nF,

где Q - количество электричества (в кулонах), F - постоянная Фарадея (96 485 Кл/моль), n - количество вещества (в молях).

Q = nF ≈ 5,92 * 96485 Кл ≈ 571 Кл.

Далее найдем количество вещества газа, выделившегося на аноде. Для этого воспользуемся законом Авогадро:

V = nRT/P,

где V - объем газа (в литрах), n - количество вещества (в молях), R - универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/(моль*К)), T - температура газа (в Кельвинах), P - давление газа (в паскалях).

V = nRT/P ≈ 10,08 л ≈ 0,45 моль.

Так как на аноде выделился кислород, то соотношение между количеством кислорода и количеством электричества, прошедшего через раствор, равно:

2F = 1 моль кислорода,

так как на выделение одной моли кислорода необходимо две моли электричества.

Тогда количество кислорода, выделившегося на аноде, равно:

n(O2) = V/2 = 0,225 моль.

Далее найдем количество нитрата меди (II), которое превратилось в кислород. Для этого воспользуемся стехиометрией химической реакции электролиза:

2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2.

Так как на аноде выделяется кислород и оксид меди (II), то соотношение между количеством кислорода и количеством нитрата меди (II) равно:

2n(Cu(NO3)2) = n(O2),

так как на выделение одной моли кислорода необходимо две моли нитрата меди (II).

Тогда количество нитрата меди (II), которое превратилось в кислород, равно:

n(Cu(NO3)2) = n(O2)/2 ≈ 0,113 моль.

Масса нитрата меди (II), которое превратилось в кислород, равна:

m(Cu(NO3)2) = n(Cu(NO3)2) * M ≈ 7,19 г.

Таким образом, после электролиза осталось:

m(остаток) = m(начальный раствор) - m(Cu(NO3)2) ≈ 368,81 г.

Затем к полученному раствору добавили 848 г 5%-ного раствора карбоната натрия. Тогда массовая доля кислоты в полученном растворе равна:

массовая доля кислоты = m(кислота)/(m(кислота) + m(карбонат натрия)),

где m(кислота) - масса кислоты в полученном растворе, m(карбонат натрия) - масса карбоната натрия в полученном растворе.

Масса карбоната натрия в полученном растворе равна:

m(карбонат натрия) = 848 г * 0,05 = 42,4 г.

Так как карбонат натрия не содержит кислоты, то масса кислоты в полученном растворе равна массе кислоты в остатке после электролиза:

m(кислота) = m(остаток) ≈ 368,81 г.

Тогда массовая доля кислоты в полученном растворе равна:

массовая доля кислоты = m(кислота)/(m(кислота) + m(карбонат натрия)) ≈ 0,896.

Ответ: массовая доля кислоты в полученном растворе составляет около 89,6%.