Раствор с плотностью 1,125 г/мл, объемом 140 мл, содержащий по массе 8 % гидрокарбоната натрия и 3,714 % хлорида натрия подвергали электролизу до тех пор,пока на аноде не выделилось 10,64 л газов. Определите массовые доли веществ в растворе после электролиза.
1. Определение массы гидрокарбоната натрия в исходном растворе:
Массовая доля гидрокарбоната натрия в растворе составляет 8%, что означает, что из 100 г раствора 8 г составляют гидрокарбонат натрия. Так как плотность раствора составляет 1,125 г/мл, то общая масса раствора равна 1,125 г/мл * 140 мл = 157,5 г. Следовательно, масса гидрокарбоната натрия в исходном растворе составляет (8 г / 100 г) * 157,5 г = 12,6 г.
2. Определение массы хлорида натрия в исходном растворе:
Массовая доля хлорида натрия в растворе составляет 3,714%, что означает, что из 100 г раствора 3,714 г составляют хлорид натрия. Аналогично предыдущему шагу, масса хлорида натрия в исходном растворе равна (3,714 г / 100 г) * 157,5 г = 5,847 г.
3. Определение массовых долей веществ в исходном растворе:
Массовая доля гидрокарбоната натрия в исходном растворе составляет (масса гидрокарбоната натрия / общая масса раствора) * 100% = (12,6 г / 157,5 г) * 100% ≈ 8,00% (округлим до двух десятичных знаков).
Массовая доля хлорида натрия в исходном растворе составляет (масса хлорида натрия / общая масса раствора) * 100% = (5,847 г / 157,5 г) * 100% ≈ 3,71% (округлим до двух десятичных знаков).
4. Определение массы газов, выделившихся на аноде:
Объем газов, выделившихся на аноде, составляет 10,64 л. Учитывая, что электролиз происходил при стандартных условиях (температура 0°C, давление 1 атм), можем использовать закон Авогадро для преобразования объема газа к количеству вещества:
n = V / Vm,
где n - количество вещества, V - объем газа, Vm - молярный объем газа при стандартных условиях (Vm = 22,4 л/моль).
Таким образом, количество вещества газов, выделившихся на аноде, составляет 10,64 л / 22,4 л/моль = 0,475 моль.
5. Определение массы гидрокарбоната натрия и хлорида натрия после электролиза:
При электролизе гидрокарбоната натрия на аноде выделяется газуголь (СО2) и кислород (О2), а на катоде образуется гидроксид натрия (NaOH). Полученные газы составляют около 0,475 моль, поэтому их массы можно вычислить, зная их молярные массы.
Молярная масса СО2 = 12,01 г/моль (массовое соотношение углерода и кислорода составляет 12:16 или 3:4).
Молярная масса О2 = 32,00 г/моль.
Молярная масса NaOH = 22,99 г/моль + 16,00 г/моль + 1,01 г/моль = 40,00 г/моль.
Масса углерода (C) в газугле СО2 составляет (12,01 г/моль / 44,01 г/моль) * 0,475 моль ≈ 0,129 г.
Масса кислорода (O) в газугле СО2 составляет (32,00 г/моль / 44,01 г/моль) * 0,475 моль ≈ 0,346 г.
Масса кислорода (O) в газе О2 составляет (32,00 г/моль / 32,00 г/моль) * 0,475 моль ≈ 0,475 г.
Масса натрия (Na) в гидроксиде натрия (NaOH) составляет (22,99 г/моль / 40,00 г/моль) * 0,475 моль ≈ 0,274 г.
Масса кислорода (O) в гидроксиде натрия (NaOH) составляет (16,00 г/моль / 40,00 г/моль) * 0,475 моль ≈ 0,190 г.
Масса водорода (H) в гидроксиде натрия (NaOH) составляет (1,01 г/моль / 40,00 г/моль) * 0,475 моль ≈ 0,012 г.
Таким образом, масса гидрокарбоната натрия после электролиза составляет (масса гидрокарбоната натрия в исходном растворе - масса углерода - масса кислорода) = 12,6 г - 0,129 г - 0,346 г ≈ 12,125 г.
Масса хлорида натрия после электролиза составляет (масса хлорида натрия в исходном растворе - масса натрия) = 5,847 г - 0,274 г ≈ 5,573 г.
6. Определение массовых долей веществ после электролиза:
Массовая доля гидрокарбоната натрия после электролиза составляет (масса гидрокарбоната натрия после электролиза / общая масса раствора после электролиза) * 100% = (12,125 г / общая масса раствора после электролиза) * 100%.
Общая масса раствора после электролиза равна (масса гидрокарбоната натрия после электролиза + масса хлорида натрия после электролиза + масса газов) = 12,125 г + 5,573 г + 0,129 г + 0,346 г + 0,475 г ≈ 18,648 г.
Таким образом, массовая доля гидрокарбоната натрия после электролиза составляет (12,125 г / 18,648 г) * 100% ≈ 65,06% (округлим до двух десятичных знаков).
Аналогично, массовая доля хлорида натрия после электролиза составляет (5,573 г / 18,648 г) * 100% ≈ 29,83% (округлим до двух десятичных знаков).
Таким образом, массовые доли веществ в растворе после электролиза состоят из гидрокарбоната натрия (65,06%) и хлорида натрия (29,83%).