ЕГЭ-2021 | Химия | Решение 4950 | Через 64 г 15%-ного раствора сульфата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 1120 мл (н.у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили 66,56 г 25%-ного раствор...

Дисциплина: Химия
Номер вопроса в билете: 34
Баллы: 4
Сложность: Высокий

Через 64 г 15%-ного раствора сульфата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 1120 мл (н.у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили 66,56 г 25%-ного раствора хлорида бария. Определите массовую долю хлорида бария в полученном растворе.

В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Данную задачу проверяют не автоматически, а вручную. Ознакомьтесь с критериями оценки, правильным решением и сами себе поставьте оценку от 0 до 4 баллов. Даже если вы ошиблись в цифровом ответе, можно получить несколько баллов за правильный ход решения. Форма для оценки находится внизу страницы.

Критерии оценки вопроса

Содержание верного ответа и указания по оцениванию	Баллы
Ответ правильный и полный, содержит следующие элементы: • правильно записаны уравнения реакций, соответствующих условию задания; • правильно произведены вычисления, в которых используются необходимые физические величины, заданные в условии задания; • продемонстрирована логически обоснованная взаимосвязь физических величин, на основании которых проводятся расчёты; • в соответствии с условием задания определена искомая физическая величина (концентрация раствора)	4
Правильно записаны три элемента ответа	3
Правильно записаны два элемента ответа	2
Правильно записан один элемент ответа	1
Все элементы ответа записаны неверно	0
Максимальный балл	4

Подробное решение

Запишем уравнения реакций:

Электролиз сульфата меди CuSO₄.

Катод: Сu⁺² − 2e ⁻ → Cu ⁰

Анод: 2H₂O − 4e → O₂ + 4H⁺

Катион H⁺ вместе с анионом SO₄^2- будут образовывать кислоту (но в наших расчетах это не важно)

Первая реакция

2CuSO₄ + 2H₂O = 2Cu↓ + 2H₂SO₄ + O₂↑ (электролиз)

Вторая реакция
BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl

Рассчитаем количество вещества реагентов и массы продуктов реакции:

Масса (соли сульфата меди) в исходном растворе

m(CuSO₄)=64*(15%/100%)=9,6 (г}
Вычислим количество (число молей) соли CuSO₄ в исходном растворе

M(CuSO₄)=160 (г/моль)

n(CuSO₄)=9,6/160=0,06 (моль)

А сколько кислорода выделилось при электролизе?
1 литр=1000 мл.
1120/1000=1,12 литра
1 моль газа в н.у. занимает объем 22,4 литра
количество (моль) кислорода выделившегося при электролизе

n(O₂)=1,12/22,4=0,05 (моль)

Нам надо понять, а электролиз CuSO₄ прошел на 100% или нет? По количеству кислорода можно понять, а сколько сульфата меди подверглось электролизу? Согласно реакции электролиза

2 моль CuSO₄ - дают 1 моль O₂

x моль СuSO₄ - дают 0,05 моль O₂

x=0,1 моль Cu.

Чтобы получить 0,05 моль только за счет электролиза сульфата, надо этого самого сульфата 1 моль. А у нас его только 0,06 моль. Значит, сульфат меди разложился при электролизе полностью и начался электролиз воды! Серная кислота тому способствует.
Рассчитаем сколько кислорода выделилось при 100% электролизе сульфата меди, повторяем расчет, но уже по сульфату меди.

2 моль CuSO₄ - дают 1 моль O₂

0,06 моль CuSO₄ - дает X моль O₂

x=0,03 (моль) кислорода выделилось при электролизе сульфата меди.

Сколько же газов выделилось при электролизе воды на аноде? Внимание, в условии говорится не про все газы, а только про газы выделяющиеся на аноде.

0,05 моль (выделилось всего на аноде)- 0,03 моль (выделилось при электролизе CuSO₄ на аноде) = 0,02 моль (выделилось при электролизе H₂O на аноде)

Третья реакция. (идём после первой до второй)
2H₂O = 2H₂ + O₂ (электролиз)

Выделилось 0,02 моль кислорода на аноде. Водород выделялся на катоде, поэтому его не учли. В конце задачи надо вычислить уменьшение массы раствора.
Можно сделать перечет на потерю воды, а можно сделать пересчет на потерю массы газов O₂ и H₂
Удобнее посчитать потерю воды. Но, при расчетах по потерям кислорода за счет электролиза CuSO₄ надо считать не весь кислород, а только тот что относится к электролизу CuSO₄

2 моль H₂O дает 1 моль O₂

x моль H₂O дает 0,02 моль O₂

x=0,04 моль H₂O подверглось электролизу

масса воды которая подверглась электролизу

M(H₂O)=18 (г/моль)

m(H₂O) = 0,04*18 =0,72 (г) потеря воды за счет электролиза

Масса кислорода выделившееся при электролизе CuSO₄

количество кислорода мы уже считали это n(O₂)=0,03 моль, M(O₂)=32 (г/моль)

m(O₂)=0,03*32=0,96 (г) кислорода выделилось при электролизе сульфата меди

Количество меди выделившейся на катоде меди будет равно количеству вещества сульфата меди, у нас же реакция прошла на 100%

n(Cu)=n(CuSO₄)=0,06 (моль)

Тогда масса осадка меди будет равна:

M(Cu)=64 (г/моль)

m(Cu)=64*0,64=3,84 (г) - меди выделилось на катоде в ходе электролиза

а сколько серной кислоты образовалось в ходе первой реакции?

по реакции 2моль CuSO₄ дают 2 моль серной кислоты H₂SO₄
0,06 моль CuSO₄ дают x моль серной кислоты H₂SO₄
x = 0,06 моль серной кислоты образовалось в ходе электролиза сульфата меди

Далее серная кислота реагирует с хлоридом бария.

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl

А какова масса чистого хлорида бария в том растворе что добавляли?

Масса хлорида бария: m(BaCl₂)=66,56*(25%/100%)=16,64 (г)

а какое это количество BaCl₂: M(BaCl₂)=208 (г/моль)
n(BaCl₂)=16,64/208=0,08 (моль)

Что у нас в избытке, а что в недостатке хлорид бария или серная кислота? По какому веществу мы будем вычислять количество и массу образовавшегося сульфата бария. По уравнению реакции 1 моль хлорида бария вступает в реакцию с 1 моль серной кислоты.
У нас 0,06 моль серной кислоты, и 0,08 моль хлорида бария. Серная кислота в недостатке, хлорид бария в избытке, все расчеты проводим по серной кислот.

Количество прореагировавшего хлорида бария: n(BaCl₂)прореаг =n(H₂SO₄)=0,06 моль

Оставшееся количество вещества хлорида бария: n(BaCl₂)ост=0,08-0,06=0,02 моль

Масса оставшегося в растворе хлорида бария: m(BaCl₂)=0,02*208=4,16 г

Количество осадка сульфата бария: n(BaSO₄)=n(BaCl₂)прореаг=0,06 (моль)

M(BaSO₄)=233 (г/моль)
масса осадка сульфата бария m(BaSO₄)=233*0,06=13,98 (г)

Вычислим общую массу раствора:

m(p-ра) = m(начального раствора CuSO₄) + m(прилили раствора BaCl₂) − m(Cu выделилось на аноде) − m(O₂ выделилось при электролизе СuSO₄) − m(H₂O разложилось при электролизе воды) − m(BaSO₄ выпало в осадок)

m(p-ра)=64+66,56−3,84−0,96−0,72−13,98=111,06 (г) общая масса конечного раствора

Массовая доля хлорида бария: ω(BaCl₂)(%)=(m(BaCl₂)/m(р-ра))*100%=(4,16/111,06)*100%=3,7%

Оцените своё решение

0 1 2 3 4

Подробное решение
Запишем уравнения реакций:
Электролиз сульфата меди CuSO₄.

Катод: Сu⁺² − 2e ⁻ → Cu ⁰

Анод: 2H₂O − 4e → O₂ + 4H⁺

Катион H⁺ вместе с анионом SO₄^2- будут образовывать кислоту (но в наших расчетах это не важно)

Первая реакция
2CuSO₄ + 2H₂O = 2Cu↓ + 2H₂SO₄ + O₂↑ (электролиз)

Вторая реакция
BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl
Рассчитаем количество вещества реагентов и массы продуктов реакции:

Масса (соли сульфата меди) в исходном растворе
m(CuSO₄)=64*(15%/100%)=9,6 (г}
Вычислим количество (число молей) соли CuSO₄ в исходном растворе

M(CuSO₄)=160 (г/моль)
n(CuSO₄)=9,6/160=0,06 (моль)
А сколько кислорода выделилось при электролизе?
1 литр=1000 мл.
1120/1000=1,12 литра
1 моль газа в н.у. занимает объем 22,4 литра
количество (моль) кислорода выделившегося при электролизе
n(O₂)=1,12/22,4=0,05 (моль)

Нам надо понять, а электролиз CuSO₄ прошел на 100% или нет? По количеству кислорода можно понять, а сколько сульфата меди подверглось электролизу? Согласно реакции электролиза
2 моль CuSO₄ - дают 1 моль O₂

x моль СuSO₄ - дают 0,05 моль O₂
x=0,1 моль Cu.

Чтобы получить 0,05 моль только за счет электролиза сульфата, надо этого самого сульфата 1 моль. А у нас его только 0,06 моль. Значит, сульфат меди разложился при электролизе полностью и начался электролиз воды! Серная кислота тому способствует.
Рассчитаем сколько кислорода выделилось при 100% электролизе сульфата меди, повторяем расчет, но уже по сульфату меди.
2 моль CuSO₄ - дают 1 моль O₂

0,06 моль CuSO₄ - дает X моль O₂
x=0,03 (моль) кислорода выделилось при электролизе сульфата меди.

Сколько же газов выделилось при электролизе воды на аноде? Внимание, в условии говорится не про все газы, а только про газы выделяющиеся на аноде.

0,05 моль (выделилось всего на аноде)- 0,03 моль (выделилось при электролизе CuSO₄ на аноде) = 0,02 моль (выделилось при электролизе H₂O на аноде)

Третья реакция. (идём после первой до второй)
2H₂O = 2H₂ + O₂ (электролиз)

Выделилось 0,02 моль кислорода на аноде. Водород выделялся на катоде, поэтому его не учли. В конце задачи надо вычислить уменьшение массы раствора.
Можно сделать перечет на потерю воды, а можно сделать пересчет на потерю массы газов O₂ и H₂
Удобнее посчитать потерю воды. Но, при расчетах по потерям кислорода за счет электролиза CuSO₄ надо считать не весь кислород, а только тот что относится к электролизу CuSO₄

2 моль H₂O дает 1 моль O₂
x моль H₂O дает 0,02 моль O₂

x=0,04 моль H₂O подверглось электролизу
масса воды которая подверглась электролизу

M(H₂O)=18 (г/моль)
m(H₂O) = 0,04*18 =0,72 (г) потеря воды за счет электролиза
Масса кислорода выделившееся при электролизе CuSO₄

количество кислорода мы уже считали это n(O₂)=0,03 моль, M(O₂)=32 (г/моль)
m(O₂)=0,03*32=0,96 (г) кислорода выделилось при электролизе сульфата меди
Количество меди выделившейся на катоде меди будет равно количеству вещества сульфата меди, у нас же реакция прошла на 100%

n(Cu)=n(CuSO₄)=0,06 (моль)

Тогда масса осадка меди будет равна:

M(Cu)=64 (г/моль)

m(Cu)=64*0,64=3,84 (г) - меди выделилось на катоде в ходе электролиза

а сколько серной кислоты образовалось в ходе первой реакции?

по реакции 2моль CuSO₄ дают 2 моль серной кислоты H₂SO₄
0,06 моль CuSO₄ дают x моль серной кислоты H₂SO₄
x = 0,06 моль серной кислоты образовалось в ходе электролиза сульфата меди

Далее серная кислота реагирует с хлоридом бария.

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl

А какова масса чистого хлорида бария в том растворе что добавляли?

Масса хлорида бария: m(BaCl₂)=66,56*(25%/100%)=16,64 (г)

а какое это количество BaCl₂: M(BaCl₂)=208 (г/моль)
n(BaCl₂)=16,64/208=0,08 (моль)

Что у нас в избытке, а что в недостатке хлорид бария или серная кислота? По какому веществу мы будем вычислять количество и массу образовавшегося сульфата бария. По уравнению реакции 1 моль хлорида бария вступает в реакцию с 1 моль серной кислоты.
У нас 0,06 моль серной кислоты, и 0,08 моль хлорида бария. Серная кислота в недостатке, хлорид бария в избытке, все расчеты проводим по серной кислот.
Количество прореагировавшего хлорида бария: n(BaCl₂)прореаг =n(H₂SO₄)=0,06 моль

Оставшееся количество вещества хлорида бария: n(BaCl₂)ост=0,08-0,06=0,02 моль

Масса оставшегося в растворе хлорида бария: m(BaCl₂)=0,02*208=4,16 г

Количество осадка сульфата бария: n(BaSO₄)=n(BaCl₂)прореаг=0,06 (моль)

M(BaSO₄)=233 (г/моль)
масса осадка сульфата бария m(BaSO₄)=233*0,06=13,98 (г)

Вычислим общую массу раствора:

m(p-ра) = m(начального раствора CuSO₄) + m(прилили раствора BaCl₂) − m(Cu выделилось на аноде) − m(O₂ выделилось при электролизе СuSO₄) − m(H₂O разложилось при электролизе воды) − m(BaSO₄ выпало в осадок)

m(p-ра)=64+66,56−3,84−0,96−0,72−13,98=111,06 (г) общая масса конечного раствора

Массовая доля хлорида бария: ω(BaCl₂)(%)=(m(BaCl₂)/m(р-ра))*100%=(4,16/111,06)*100%=3,7%

Сайт помог тебе решить задачу?
Помоги нам - задонать!

Войти в свой аккаунт
Химия
Биология
Русский язык
Математика базовая
Математика профильная