34.09 Электролиз

1. По условию протекают реакции:

[1] 2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + 2H₂SO₄ + O₂

[2] Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

[3] Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

2. Найдем массу кислорода, выделившегося на аноде:
n O₂ = V O₂ / V_m = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль
m O₂ = n O₂ ⋅ M O₂ = 0,25 ⋅ 32 = 8 г

3. Найдем массу меди, выделившейся на катоде:
n Cu = 2n O₂ = 2 ⋅ 0,25 = 0,5 моль
m Cu = n Cu ⋅ M Cu = 0,5 ⋅ 64 = 32 г

4. Найдем число моль сульфата меди(II) в растворе:
m CuSO₄ = m_р-ра CuSO₄ ⋅ ω CuSO₄ = 640 ⋅ 0,2 = 128 г
n CuSO₄ = m CuSO₄ / M CuSO₄ = 128 / 160 = 0,8 моль

5. Найдем число моль образовавшейся серной кислоты:
n H₂SO₄ = n Cu = 0,5 моль 

6. Найдем число моль оставшегося сульфата меди(II):
n_{прореаг.} CuSO₄ = n Cu = 0,5 моль
n_ост. CuSO₄ = n CuSO₄ – n_{прореаг.} CuSO₄ = 0,8 – 0,5 = 0,3 моль

7. Найдем число моль цинка:
n Zn = m Zn / M Zn = 65 / 65 = 1 моль

8. Найдем массу прореагировавшего цинка:
n_{прореаг. 2} Zn = n H₂SO₄ = 0,5 моль
n_{прореаг. 3} Zn = n_ост. CuSO₄ = 0,3 моль

n_{прореаг.} Zn = n_{прореаг. 2} Zn + n_{прореаг. 3} Zn = 0,5 + 0,3 = 0,8 моль
m_{прореаг.} Zn = n_{прореаг.} Zn ⋅ M Zn = 0,8 ⋅ 65 = 52 г 

9. Найдем массу образовавшегося сульфата цинка:
n ZnSO₄ = n_{прореаг.} Zn = 0,8 моль
m ZnSO₄ = n ZnSO₄ ⋅ M ZnSO₄ = 0,8 ⋅ 161 = 128,8 г 

10. Найдем массу меди, образовавшейся в третьей реакции:
n₃ Cu = n_ост. CuSO₄ = 0,3 моль
m₃ Cu = n₃ Cu ⋅ M Cu = 0,3 ⋅ 64 = 19,2 г

11. Найдем массу водорода, образовавшегося во второй реакции:
n₂ H₂ = n H₂SO₄ = 0,5 моль
m H₂ = n H₂ ⋅ M H₂ = 0,5 ⋅ 2 = 1 г

12. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_р-ра CuSO₄ + m_{прореаг.} Zn – m Cu – m O₂ – m₃ Cu – m₂ H₂ = 640 + 52 – 32 – 8 – 19,2 – 1 = 631,8 г

13. Найдем массовую долю сульфата цинка в конечном растворе:
ω ZnSO₄ = m ZnSO₄ / m_{конечн. р-ра} = 128,8 / 631,8 = 0,204 → 20,4%

Ответ: ω ZnSO₄ = 20,4%