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:
$$w_{acid}=\frac{m_{acid}}{m_{solution}}\cdot 100\mathrm{\%}$$
$$w_{salt}=\frac{m_{salt}}{m_{solution}}\cdot 100\mathrm{\%}$$

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.