34.09 Электролиз

1. По условию протекают реакции:

[1] 4AgNO₃ + 2H₂O → 4Ag + 4HNO₃ + O₂
[2] AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃

2. Найдем число моль кислорода, выделившегося на аноде:
n O₂ = V O₂ / V_m = 1,12 / 22,4 = 0,05 моль

3. Найдем число моль нитрата серебра(I) в растворе:
m AgNO₃ = m_р-ра AgNO₃ ⋅ ω AgNO₃ = 170 ⋅ 0,4 = 68 г
n AgNO₃ = m AgNO₃ / M AgNO₃ = 68 / 170 = 0,4 моль 

4. Найдем число моль оставшегося нитрата серебра(I):
n_{прореаг.} AgNO₃ = 4n O₂ = 4 ⋅ 0,05 = 0,2 моль
n_ост. AgNO₃ = n AgNO₃ – n_{прореаг.} AgNO₃ = 0,4 – 0,2 = 0,2 моль

5. Найдем число моль хлорида натрия в растворе:
m NaCl = m_р-ра NaCl ⋅ ω NaCl = 175,5 ⋅ 0,1 = 17,55 г
n NaCl = m NaCl / M NaCl = 17,55 / 58,5 = 0,3 моль

6. Найдем массу оставшегося хлорида натрия:
n_{прореаг.} NaCl = n_ост. AgNO₃ = 0,2 моль
n_ост. NaCl = n NaCl – n_{прореаг.} NaCl = 0,3 – 0,2 = 0,1 моль
m_ост. NaCl = n_ост. NaCl ⋅ M NaCl = 0,1 ⋅ 58,5 = 5,85 г

7. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_р-ра AgNO₃ + m_р-ра NaCl – m Ag – m O₂ – m AgCl
n Ag = n_{прореаг.} AgNO₃ = 0,2 моль
m Ag = n Ag ⋅ M Ag = 0,2 ⋅ 108 = 21,6 г

m O₂ = n O₂ ⋅ M O₂ = 0,05 ⋅ 32 = 1,6 г

n AgCl = n_ост. AgNO₃ = 0,2 моль
m AgCl = n AgCl ⋅ M AgCl = 0,2 ⋅ 143,5 = 28,7 г

m_{конечн. р-ра} = 170 + 175,5 – 21,6 – 1,6 – 28,7 = 293,6 г

8. Найдем массовую долю оставшегося хлорида натрия в конечном растворе:
ω_ост. NaCl = m_ост. NaCl / m_{конечн. р-ра} = 5,85 / 293,6 = 0,02 → 2%

Ответ: ω_ост. NaCl = 2%

1. По условию протекают реакции:
[1] 4AgNO₃ + 2H₂O → 4Ag + 4HNO₃ + O₂ 
[2] AgNO₃ + KI → AgI + KNO₃
2. Масса раствора уменьшилась за счет выделившихся на электродах серебра и кислорода. Найдем число моль серебра и кислорода. Для этого составим и решим уравнение:
Пусть n O₂ = x моль, тогда n Ag = 4x моль

m O₂ + m Ag = 46,4
32x + 432x = 46,4 

x = 0,1; n O₂ = 0,1 моль
n Ag = 0,4 моль

3. Найдем число моль нитрата серебра(I) в растворе:
m AgNO₃ = m_р-ра AgNO₃ ⋅ ω AgNO₃ = 340 ⋅ 0,4 = 136 г
n AgNO₃ = m AgNO₃ / M AgNO₃ = 136 / 170 = 0,8 моль

4. Найдем число моль оставшегося нитрата серебра(I):
n_{прореаг.} AgNO₃ = 4n O₂ = 4 ⋅ 0,1 = 0,4 моль
n_ост. AgNO₃ = n AgNO₃ – n_{прореаг.} AgNO₃ = 0,8 – 0,4 = 0,4 моль

5. Найдем массу йодида серебра(I), выпавшего в осадок:
n AgI = n_ост. AgNO₃ = 0,4 моль
m Agl = n Agl ⋅ M Agl = 0,4 ⋅ 235 = 94 г

6. Найдем число моль йодида калия в растворе:
m KI = m_р-ра KI ⋅ ω KI = 207,5 ⋅ 0,4 = 83 г
n KI = m KI / M KI = 83 / 166 = 0,5 моль

7. Найдем массу оставшегося йодида калия:
n_{прореаг.} KI = n_ост. AgNO₃ = 0,4 моль
n_ост. KI = n KI – n_{прореаг.}KI = 0,5 – 0,4 = 0,1 моль
m_ост. KI = n_ост. KI ⋅ M KI = 0,1 ⋅ 166 = 16,6 г

8. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_р-ра AgNO₃ + m_р-ра KI – (m Ag + m O₂) – m AgI = 340 + 207,5 – 46,4 – 94 = 407,1 г

9. Найдем массовую долю оставшегося йодида калия в конечном растворе:
ω_ост. KI = m_ост. KI / m_{конечн. р-ра} = 16,6 / 407,1 = 0,0408 → 4,08%

Ответ: ω_ост. KI = 4,08%

1. По условию протекают реакции:

[1] CuCl₂ →  Cu + Cl₂

[2] CuCl₂ + Na₂S → CuS + 2NaCl

2. Найдем массу хлора, выделившегося на аноде:
n Cl₂ = V Cl₂ / V_m = 6,72 / 22,4 = 0,3 моль
m Cl₂ = n Cl₂ ⋅ M Cl₂ = 0,3 ⋅ 71 = 21,3 г

3. Найдем число моль хлорида меди(II) в растворе:
m CuCl₂ = m_р-ра CuCl₂ ⋅ ω CuCl₂ = 180 ⋅ 0,375 = 67,5 г
n CuCl₂ = m CuCl₂ / M CuCl₂ = 67,5 / 135 = 0,5 моль

4. Найдем число моль оставшегося хлорида меди(II):
n_{прореаг.} CuCl₂ = n Cl₂ = 0,3 моль
n_ост. CuCl₂ = n CuCl₂ – n_{прореаг.} CuCl₂ = 0,5 – 0,3 = 0,2 моль
m_ост. CuCl₂ = n_ост. CuCl₂ ⋅ M CuCl₂ = 0,2 ⋅ 135 = 27 г

5. Найдем массу меди, выделившейся на катоде:
n Cu = n Cl₂ = 0,3 моль
m Cu = n Cu ⋅ M Cu = 0,3 ⋅ 64 = 19,2 г

6. Найдем массу полученного раствора после проведения электролиза:
m_{получ. р-ра} = m_р-ра CuCl₂ – m Cl₂ – m Cu = 180 – 21,3 – 19,2 = 139,5 г

7. Найдем массовую долю хлорида меди(II) в полученном растворе:
ω_{в получ. р-ре} CuCl₂ = m_ост. CuCl₂ / m_{получ. р-ра} = 27 / 139,5 = 0,1935

8. Массовая доля хлорида меди(II) в отобранной порции равна массовой доле хлорида меди(II) в полученном растворе:
ω_{в порции} CuCl₂ = ω_{в получ. р-ре} CuCl₂ = 0,1935

9. Найдем число моль хлорида меди(II) в отобранной порции:
m_{в порции} CuCl₂ = m_порции ⋅ ω_{в порции} CuCl₂ = 55,8 ⋅ 0,1935 = 10,8 г
n_{в порции} CuCl₂ = m_{в порции} CuCl₂ / M CuCl₂ = 10,8 / 135 = 0,08 моль

10. Найдем массу сульфида натрия, прореагировавшего во второй реакции:
n Na₂S = n_{в порции} CuCl₂ = 0,08 моль
m Na₂S = n Na₂S ⋅ M Na₂S = 0,08 ⋅ 78 = 6,24 г

11. Найдем массу 10%-ного раствора сульфида натрия:
m_р-ра Na₂S = m Na₂S / ω Na₂S = 6,24 / 0,1 = 62,4 г

Ответ: m_р-ра Na₂S = 62,4 г

1. По условию протекают реакции:

1) CuCl₂ → Cu + Cl₂

2) CuCl₂ + 2KOH → Cu(OH)₂ + 2KCl

2. Масса раствора уменьшилась за счет выделившихся на электродах меди и хлора. Найдем число моль меди и хлора. Для этого составим и решим уравнение:
Пусть n Cl₂ = x моль, тогда n Cu = x моль

m Cl₂ + m Cu = 40,5
71x + 64x = 40,5 

x = 0,3; n Cu = n Cl₂ = 0,3 моль

3. Найдем число моль хлорида меди(II) в растворе:
m CuCl₂ = m_р-ра CuCl₂ ⋅ ω CuCl₂ = 270 ⋅ 0,2 = 54 г
n CuCl₂ = m CuCl₂ / M CuCl₂ = 54 / 135 = 0,4 моль

5. Найдем оставшееся число моль хлорида меди(II):
n_{прореаг.} CuCl₂ = n Cu = 0,3 моль
n_ост. CuCl₂ = n CuCl₂ – n_{прореаг.} CuCl₂ = 0,4 – 0,3 = 0,1 моль

6. Найдем массу гидроксида меди(II), выпавшего в осадок:
n Cu(OH)₂ = n_ост. CuCl₂ = 0,1 моль
m Cu(OH)₂ = n Cu(OH)₂ ⋅ M Cu(OH)₂ = 0,1 ⋅ 98 = 9,8 г

7. Найдем массу и число моль гидроксида калия в растворе:
m KOH = m_р-ра KOH ⋅ ω KOH = 70 ⋅ 0,4 = 28 г
n KOH = m KOH / M KOH = 28 / 56 = 0,5 моль

8. Найдем массу оставшегося гидроксида калия:
n_{прореаг.} KOH = 2n_ост. CuCl₂ = 2 ⋅ 0,1 = 0,2 моль
n_ост. KOH = n KOH – n_{прореаг.} KOH = 0,5 – 0,2 = 0,3 моль
m_ост. KOH = n_ост. KOH ⋅ M KOH = 0,3 ⋅ 56 = 16,8 г

9. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_р-ра CuCl₂ + m_р-ра NaOH – (m Cu + Cl₂) – m Cu(OH)₂ = 270 + 70 – 40,5 – 9,8 = 289,7 г

10. Найдем массовую долю оставшегося гидроксида калия в конечном растворе:
ω_ост. KOH = m_ост. KOH / m_{конечн. р-ра} = 16,8 / 289,7 = 0,058 → 5,8%

Ответ: ω_ост. KOH = 5,8%

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%

1) Уравнение электролиза раствора сульфата меди (II):
2CuSO₄ + 2H₂O →^{электролиз} 2Cu↓ + O₂↑ + 2H₂SO₄
Масса и количество вещества исходного сульфата меди (II):
m(CuSO₄)_исх = m(CuSO₄)_р-ра · w(CuSO₄) = 1000 г · 0,08 = 80 г
n(CuSO₄)_исх = m(CuSO₄)_исх​​​​​​​​​​​​​​ / M(CuSO₄) = 80 г / 160 г/моль = 0,5 моль
Количество вещества, выделившегося на аноде кислорода:
n(O₂) = V(O₂) / V_m = 1,12 л / 22,4 л/моль = 0,05 моль

2) Количество вещества и масса CuSO₄, оставшегося в растворе после электролиза:
n(CuSO₄)_{прореагир} = 2·n(O₂) = 2 · 0,05 моль = 0,1 моль
n(CuSO₄​​​​​​​)_ост = n(CuSO₄​​​​​​​)_исх - n(CuSO₄​​​​​​​)_{прореаг} = 0,5 моль - 0,1 моль = 0,4 моль
m(CuSO₄​​​​​​​)_ост = n(CuSO₄​​​​​​​)_ост · M(CuSO₄​​​​​​​) = 0,4 моль · 160 г/моль = 64 г
Количество вещества образовавшейся серной кислоты:
n(H₂SO₄) = n(CuSO₄​​​​​​​)_{прореаг} = 0,1 моль
Масса и количество вещества добавленного карбоната натрия:
m(Na₂CO₃) = m_р-ра(Na₂CO₃) · w(Na₂CO₃) = 106 г · 0,05 = 5,3 г
n(Na₂CO₃) = m(Na₂CO₃) / M(Na₂CO₃) = 5,3 г / 106 г/моль = 0,05 моль

3) Уравнения реакций с участием карбоната натрия:
А) H₂SO₄ + Na₂CO₃ = CO₂↑ + H₂O + Na₂SO₄
Б) 2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + H₂O = (CuOH)₂CO₃↓ + CO₂↑ + 2Na₂SO₄ 

4) Серная кислота в избытке, весь Na₂CO₃ вступит в реакцию А:
n(CO₂) = n(Na₂CO₃) = 0,05 моль
Масса конечного раствора:
m_р-ра = m_р-ра​​​​​​​(CuSO₄​​​​​​​) - m(Cu) - m(O₂) + m_р-ра(Na₂CO₃) - m(CO₂)
m(O₂) = n(O₂) · M(O₂) = 0,05 моль · 32 г/моль = 1,6 г
n(Cu) = 2 · n(O₂) = 2 · 0,05 моль = 0,1 моль
m(Cu) = n(Cu) · M(Cu) = 0,1 моль · 64 г/моль = 6,4 г
m(CO₂) = n(CO₂) · M(CO₂) = 0,05 моль · 44 г/моль = 2,2 г
m_р-ра = 1000 - 6,4 - 1,6 + 106 - 2,2 = 1095,8 г
Массовая доля сульфата меди(II) в полученном растворе:
w(CuSO₄)_{кон. р-р} = m(CuSO₄)_ост. / m_{кон. р-ра} = 64 г / 1095,8 г = 0,058, или 5,8%

Уравнения химических реакций:
4AgNO₃ + 2H₂O = 4Ag↓ + 4HNO₃ + O₂↑ (электролиз)
AgNO₃ + NaCl = NaNO₃ + AgCl↓

Необходимая масса раствора хлорида натрия:
n(O₂) = 1,12 / 22,4 = 0,05 моль
n(Ag) = 4n(O₂) = 0,2 моль
m(Ag) = 108 · 0,2 = 21,6 г
m(AgNO₃) = 340 · 0,2 = 68 г
n(AgNO₃) = 68 / 170 = 0,4 моль
n(AgNO₃)_{прореаг} = 0,2 моль
n(AgNO₃)_ост = 0,4 - 0,2 = 0,2 моль
m(AgNO₃)_ост =170 · 0,2 = 34 г
m(р-ра) = 340 - 1,6 - 21,6 = 316,8 г
w(AgNO₃)_ост = 34 / 316,8 = 0,107
m(AgNO₃) = 0,107 · 79,44 = 8,5 г (в отобранной порции)
n(AgNO₃) = 8,5 / 170 = 0,05 моль (в отобранной порции)
n(NaCl) = n(AgNO₃ в отобранной порции) = 0,05 моль
m(NaCl) = 58,5 · 0,05 = 2,925 г
m(NaCl р-ра) = 2,925 / 0,1 = 29,25 г

1) Уравнения реакций:
(1) 2CuSO₄ + 2H₂O = 2Cu↓ + 2H₂SO₄ + O₂↑ (электролиз)
(2) 2H₂O = 2H₂↑ + O₂↑ (электролиз)
(3) BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl

2) Рассчитаны количества веществ реагентов и масса продуктов:
m(CuSO₄) = 640 · 0,15 = 96 г
n(CuSO₄) = 96 / 160 = 0,6 моль
n(O₂) = 11,2 / 22,4 = 0,5 моль
n(Cu) = n(CuSO₄) = 0,6 моль
m(Cu) = 0,6 · 64 = 38,4 г
n(H₂SO₄) = n(CuSO₄) = 0,6 моль
n(O_{2 по уравн. 1}) = 0,5n(CuSO₄) = 0,3 моль
n(O_{2 по уравн. 2}) = 0,5 - 0,3 = 0,2 моль
n(H₂O _{прореаг.}) = 2n(O₂ [2]) = 0,4 моль
m(H₂O _{прореаг.}) = 0,4 · 18 = 7,2 г
m(O_{2 по уравн. 1}) = 32 · 0,3 = 9,6 г
m(BaCl₂) = 665,6 · 0,25 = 166,4 г
n(BaCl₂) = 166,4 / 208 = 0,8 моль
n(BaCl_{2 прореаг.}) = n(H₂SO₄) = 0,6 моль
n(BaCl_{2 осталось}) = 0,8 - 0,6 = 0,2 моль
m(BaCl_{2 осталось}) = 0,2 · 208 = 41,6 г
n(BaSO₄) = n(BaCl_{2 прореаг.}) = 0,6 моль
m(BaSO₄) = 0,6 · 233 = 139,8 г

3) Масса раствора:
m(р-ра) = 640 + 665,5 - 38,4 - 7,2 - 139,8 - 9,6 = 1110,6 г

4) Массовая доля хлорида бария в растворе:
w(BaCl₂) = 41,6 / 1110,6 = 0,037, или 3,7%

Уравнения реакций:
(1) 2NaCl + 2H₂O = H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH
(2) 2H₂O = 2H₂↑ + O₂↑
(3) Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂↑

Пусть изначально было x моль NaCl и y моль H₂O, тогда:

Решая систему из двух уравнений, получаем:
x = n(NaCl) = 1 моль, y = n(H₂O) = 26 моль
n(газов) = 22,4 / 22,4 = 1 моль
n(Cl₂)_{ур. 1} = n(H₂)_{ур. 1} = 1/2 · n(NaCl) = 0,5 моль
n(O₂)_{ур. 2} = 1 - 0,5 = 0,5 моль
n(H₂O)_{ур. 2} = 2n(O₂) = 1 моль, m(H₂O) = 18 г
n(Zn) = 13 / 65 = 0,2 моль
m_{конечн. р-ра} = m_р-ра(NaCl) - m(H₂)_ур.1 - m(Cl₂)_ур.1 - m(H₂O)_ур.2 + m(Zn) - m(H₂)_ур.3 = 526,5 - 0,5 · 2 - 0,5 · 71 - 18 + 13 - 0,2 · 2 = 484,6 г
m(p⁺)_{конечн.} = m(p⁺)_исх. - m(p⁺)(H₂)_ур.1 - m(p⁺)(Cl₂)_ур.1 - m(p⁺)(H₂O)_ур.2 + m(p⁺)(Zn) - m(p⁺)(H₂)_ур.3 = 288 - 0,5 · 2 - 0,5 · 34 - 1 · 10 + 0,2 · 30 - 0,2 · 2 = 265,6 г
w(p⁺) = m(p⁺) / m(р-ра) = 265,6 / 484,6 = 0,548 или 54,8%