При электролизе с графитовыми 5%-ного раствора нитрата меди(ii) массой 376 г на катоде выделилось 2,24 л (н. у.) газа. в оставшийся раствор добавили 120 г 20%-ного раствора едкого натра. определите концентрации веществ в полученном растворе. в ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии , и все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых величин).
Давайте начнем с разбора условия задачи.
У нас есть графитовые электроды, которые подключены к источнику постоянного тока. Раствор, через который пропускается электрический ток, содержит 5% нитрата меди(II) (Cu(NO3)2).
На катоде происходит редукция катиона меди(II) (Cu2+) с выделением газа. На аноде восстанавливаются гидроксиды натрия (NaOH) с выделением кислорода (O2).
Исходя из условия задачи, на катоде выделилось 2,24 л газа. Мы знаем, что это нормальные условия, поэтому можно принять, что это объем газа при 1 атмосфере давления и 0°C. Единицы измерения объема газа - литры (л).
Для дальнейших вычислений нам понадобится также информация о мольном составе раствора. В задаче сказано, что это 5%-ный раствор нитрата меди(II). Значит, в 100 мл раствора содержится 5 г нитрата меди(II). Чтобы рассчитать концентрацию вещества, нужно знать объем полученного раствора, который возникает после добавления 120 г 20%-ного раствора едкого натра.
Пошагово решим задачу:
1. Рассчитаем количество газа в мольном эквиваленте, выделившегося на катоде. Для этого воспользуемся уравнением Нернста:
V = n * Vm,
где V - объем газа (в л),
n - количество молей газа,
Vm - молярный объем газа (Vm = 22,4 л/моль при н. у.).
n = V / Vm = 2,24 л / 22,4 л/моль ≈ 0,1 моль.
Таким образом, на катоде выделилось около 0,1 моль газа.
2. Восстановление на катоде происходит по следующему уравнению:
Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s).
Из уравнения видно, что для восстановления 1 моля ионов меди(II) требуется 2 моля электронов.
3. Рассчитаем количество молей ионов меди(II), которое содержалось в растворе:
n_Cu2+ = n / 2 = 0,1 моль / 2 = 0,05 моль.
Таким образом, в растворе содержалось 0,05 моль ионов меди(II).
4. Теперь рассмотрим реакцию с добавлением 120 г 20%-ного раствора едкого натра (NaOH).
Поскольку мы знаем массу раствора едкого натра, можно рассчитать количество вещества в этом растворе:
n_NaOH = m / M,
где n_NaOH - количество молей едкого натра (NaOH),
m - масса раствора едкого натра (в г),
M - молярная масса едкого натра (M = 40 г/моль).
n_NaOH = 120 г / 40 г/моль = 3 моль.
Таким образом, мы добавили 3 моль едкого натра.
5. Уравнение реакции между нитратом меди(II) и едким натром:
2Cu(NO3)2(aq) + 2NaOH(aq) → Cu2O(s) + 2NaNO3(aq) + H2O(l).
Из уравнения видно, что для полного осаждения 2 молей нитрата меди(II) требуется 2 моля едкого натра.
6. Рассчитаем количество молей нитрата меди(II), которое присутствовало в изначальном растворе:
n_Cu(NO3)2 = n_NaOH = 3 моль.
Таким образом, в исходном растворе содержалось 3 моля нитрата меди(II).
7. На основе полученной информации можем рассчитать концентрацию нитрата меди(II) в полученном растворе:
концентрация = количество вещества / объем раствора.
Количество вещества нитрата меди(II) в полученном растворе равно сумме количества вещества, содержащегося в исходном растворе, и количества вещества, полученного в результате реакции с едким натром:
n_сумма = n_Cu(NO3)2 + n_Cu2O,
где n_сумма - количество молей нитрата меди(II) в полученном растворе,
n_Cu2O - количество молей оксида меди(I) (Cu2O).
Зная мольную массу нитрата меди(II) (M(Cu(NO3)2) = 187 г/моль) и оксида меди(I) (M(Cu2O) = 143,1 г/моль), можем рассчитать концентрацию:
концентрация = n_сумма / V_раствора * 100%,
где V_раствора - объем полученного раствора (в мл).
В задаче не указан объем полученного раствора, поэтому концентрация нитрата меди(II) в полученном растворе будет выражена в молярных долях (%).
Для полного решения задачи необходимо знать объем полученного раствора, который не указан в условии задачи. Поэтому мы не можем рассчитать концентрацию нитрата меди(II) в полученном растворе.