Сколько металла было выделено на катоде при электролизе 235 г раствора нитрата меди(II) с содержанием Cu(NO3)2 20%?

Снежка_1368

7

Для решения данной задачи нам понадобится знание основ электролиза и законов Фарадея. Давайте разберемся шаг за шагом.

1. Найдем количество вещества раствора нитрата меди(II), используя массу и молярную массу:
\[ n = \frac{m}{M} \]
Где:
\( n \) - количество вещества в молях,
\( m \) - масса в граммах,
\( M \) - молярная масса.

Молярная масса Cu(NO3)2 составляет:
\[ M(Cu(NO3)2) = M(Cu) + 2 \cdot M(NO3) \]
\( M(Cu) \) - масса меди,
\( M(NO3) \) - масса нитрат-иона.

Масса меди можно найти в таблице химических элементов и составляет 63.55 г/моль, а масса нитрат-иона равна 62.01 г/моль.

2. Вычислим количество вещества меди(II) в растворе:
\[ n(Cu(NO3)2) = \frac{m(Cu(NO3)2)}{M(Cu(NO3)2)} \]
Где:
\( n(Cu(NO3)2) \) - количество вещества нитрата меди(II),
\( m(Cu(NO3)2) \) - масса нитрата меди(II),
\( M(Cu(NO3)2) \) - молярная масса нитрата меди(II).

Масса нитрата меди(II), содержащегося в растворе, равна 20% от массы раствора:
\[ m(Cu(NO3)2) = 0.20 \cdot m \]

3. Определим количество меди, выделившейся на катоде при электролизе. В данной реакции молярное соотношение между медью и магнием равно 1:2, так как электролиз происходит по коэффициентам в химическом уравнении реакции.
Степень протекания конкретной реакции на аноде и катоде определяется по закону Фарадея:
\[ Q = \frac{m}{M} = n \cdot F \]
Где:
\( m \) - масса вещества,
\( M \) - молярная масса вещества,
\( n \) - количество вещества в молях,
\( F \) - постоянная Фарадея (96 485 Кул/моль)

Следовательно, количество меди можно найти, используя формулу:
\[ m(Cu) = n(Cu(NO3)2) \cdot \frac{F \cdot M(Cu)}{2 \cdot F} \]
Где:
\( m(Cu) \) - масса меди на катоде,
\( n(Cu(NO3)2) \) - количество нитрата меди(II),
\( M(Cu) \) - молярная масса меди.

4. Чтобы найти объем газа (н.у.), выделившегося на аноде, нужно воспользоваться законом Клапейрона-Менделеева:
\[ V = \frac{n \cdot R \cdot T}{P} \]
Где:
\( V \) - объем газа (н.у.),
\( n \) - количество газа в молях,
\( R \) - газовая постоянная (0.08206 атм·л/(моль·К)),
\( T \) - температура (в Кельвинах),
\( P \) - давление (в атмосферах).

5. Чтобы найти массовые доли кислоты и соли, оставшиеся в растворе, нужно воспользоваться следующими формулами:
\[ w_{acid} = \frac{m_{acid}}{m_{solution}} \cdot 100\% \]
\[ w_{salt} = \frac{m_{salt}}{m_{solution}} \cdot 100\% \]

Где:
\( w_{acid} \) - массовая доля кислоты,
\( w_{salt} \) - массовая доля соли,
\( m_{acid} \) - масса кислоты,
\( m_{salt} \) - масса соли,
\( m_{solution} \) - общая масса раствора.

Это пошаговое решение задачи. В каждом шаге я объяснил необходимые физические законы и формулы, которые помогут школьнику полностью понять решение и основы, на которых оно основано. Если есть какие-либо вопросы, обращайтесь.