Сколько газа (н.у.) выделилось на аноде при электролизе 235 г раствора нитрата меди(II) с содержанием Cu(NO3)2

Zimniy_Mechtatel

51

Для решения задачи по электролизу, нам необходимо знать электрохимические эквиваленты, связанные с процессами на аноде и катоде, а также знать мольные массы соответствующих веществ. Давайте начнем с анода.

В данной задаче медь(II) ион Cu^{2+} окисляется до меди Cu на аноде. Количество электричества (Q) для этой электрохимической реакции можно найти, используя закон Фарадея:

Q = m / zF,

где m - масса вещества, прошедшего через электролиз, z - стехиометрический коэффициент (отношение количества электронов, участвующих в реакции, к количеству ионов), а F - фарадейская постоянная, равная 96500 Кл/моль.

Массу меди можно найти, используя мольную массу меди и количество меди, выделенное на катоде:

m = M * n,

где M - мольная масса меди, а n - количество меди, выделенное на катоде.

Сначала найдем количество меди n:

n = m / M.

Масса меди на катоде составляет 9,6 г, а молярная масса меди составляет 63,55 г/моль. Подставим данные в формулу:

n = 9,6 г / 63,55 г/моль ≈ 0,151 моль.

Теперь, используя стехиометрический коэффициент, мы можем найти количество электричества (Q), прошедшее через реакцию на аноде:

Q = 0,151 моль / 2 ≈ 0,076 Кл.

Так как 1 моль электронов соответствует заряду 96500 Кл, мы можем найти количество электронов (n_e) через отношение:

n_e = Q / F,

n_e = 0,076 Кл / 96500 Кл/моль ≈ 7,88 × 10^{-4} моль электронов.

Обратите внимание, что стехиометрический коэффициент для данной реакции равен 2, так как на каждый ион меди(II) окисляется два электрона.

Из электрохимического уравнения видно, что на 1 моль меди(II) ионов нужно 2 моля электронов, следовательно, на 0,151 моль меди(II) ионов понадобится:

n_e = 7,88 × 10^{-4} моль электронов * (1 моль ионов / 2 моль электронов) ≈ 0,394 моль ионов Cu^{2+}.

Теперь найдем массу ионов Cu^{2+} в растворе:

m Cu^{2+} = n Cu^{2+} * M Cu^{2+}.

Масса раствора нитрата меди(II) составляет 235 г, а мольная масса Cu^{2+} равна 63,55 г/моль. Подставим данные в формулу:

m Cu^{2+} = 0,394 моль * 63,55 г/моль ≈ 25 г.

Теперь мы можем найти массовые доли кислоты (HNO3) и соли (Cu(NO3)2) в оставшемся растворе. Общая масса оставшегося раствора составляет 235 г, а масса ионов Cu^{2+} составляет 25 г. Массовая доля кислоты (HNO3) в растворе может быть найдена как разность между общей массой и массой соли (Cu(NO3)2):

массовая доля HNO3 = (общая масса - масса Cu(NO3)2) / общая масса.

Подставим значения:

массовая доля HNO3 = (235 г - 25 г) / 235 г ≈ 0,893 ≈ 89,3%.

Следовательно, массовая доля кислоты (HNO3) в оставшемся растворе составляет около 89,3%.

Теперь найдем массовую долю соли (Cu(NO3)2) в оставшемся растворе:

массовая доля Cu(NO3)2 = (масса Cu(NO3)2) / общая масса.

Подставим значения:

массовая доля Cu(NO3)2 = 25 г / 235 г ≈ 0,106 ≈ 10,6%.

Таким образом, массовая доля соли (Cu(NO3)2) в оставшемся растворе составляет около 10,6%.