Какой будет состав оставшегося раствора в массовых долях после электролиза 50 г раствора, содержащего 14,9% хлорида

Luna_V_Omute_2745

38

Для решения этой задачи нам нужно понять, как происходит электролиз и как это влияет на состав оставшегося раствора.

Электролиз - это процесс разложения вещества под действием электрического тока. В данном случае, мы имеем раствор, содержащий хлорид калия и нитрат меди. При электролизе на электродах происходят следующие реакции:

На катоде (отрицательный электрод):
2H₂O(l) + 2e⁻ → 2OH⁻(aq) + H₂(g)

На аноде (положительный электрод):
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻

Таким образом, на катоде происходит выделение водорода, а на аноде - выделение хлора. Газы, образующиеся при электролизе, можно собрать и измерить их объем.

Итак, у нас есть 50 г раствора, содержащего 14,9% хлорида калия и 7,52% нитрата меди. Чтобы найти состав оставшегося раствора, мы должны определить, сколько грамм оказалось в ванне после электролиза. Для этого посмотрим на образовавшиеся газы.

Мы знаем, что выделилось 5,824 л газа. Поскольку хлор выделяется на аноде и занимает 0,5 л/моль, а водород образуется на катоде и занимает также 0,5 л/моль, мы можем сразу сказать, что столько моль хлора и столько моль водорода было выделено.

Переведем эту информацию в граммы. Молярная масса Cl₂ составляет 70,90 г/моль, а H₂ - 2,02 г/моль. Поэтому мы можем найти массу каждого газа, умножив количество молей на молярную массу.

Масса выделенного хлора:
\(m_{\text{Cl}} = n_{\text{Cl}} \times M_{\text{Cl}} = \frac{v_{\text{Cl}}}{V_{\text{m}}}\times M_{\text{Cl}}\)
\(m_{\text{Cl}} = \frac{0,5}{5,824}\times 70,90 \approx 6,097 \, \text{г}\)

Масса выделенного водорода:
\(m_{\text{H}} = n_{\text{H}} \times M_{\text{H}} = \frac{v_{\text{H}}}{V_{\text{m}}}\times M_{\text{H}}\)
\(m_{\text{H}} = \frac{0,5}{5,824}\times 2,02 \approx 0,174 \, \text{г}\)

Теперь мы можем найти массу оставшегося раствора, вычтя общую массу выделенных газов из начальной массы раствора:

Масса оставшегося раствора:
\(m_{\text{ост}} = m_{\text{нач}} - (m_{\text{Cl}} + m_{\text{H}}) = 50 - (6,097 + 0,174) \approx 43,729 \, \text{г}\)

Наконец, чтобы найти состав оставшегося раствора в массовых долях, мы делим массу каждого компонента на общую массу оставшегося раствора:

Массовая доля хлорида калия:
\(w_{\text{KCl}} = \frac{m_{\text{KCl}}}{m_{\text{ост}}} \times 100\)
\(w_{\text{KCl}} = \frac{m_{\text{KCl}}}{m_{\text{ост}}} \times 100 = \frac{14,9 \times 43,729}{50} \approx 13,005\)

Массовая доля нитрата меди:
\(w_{\text{Cu(NO}_3)_2} = \frac{m_{\text{Cu(NO}_3)_2}}{m_{\text{ост}}} \times 100\)
\(w_{\text{Cu(NO}_3)_2} = \frac{m_{\text{Cu(NO}_3)_2}}{m_{\text{ост}}} \times 100 = \frac{7,52 \times 43,729}{50} \approx 6,505\)

Таким образом, состав оставшегося раствора в массовых долях будет приблизительно следующим: 13,005% хлорида калия и 6,505% нитрата меди.