Задание 34 ЕГЭ по химии

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

2NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu(OH)2

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

n(CuSO4) = 0,75*0,8 = 0,6 моль

m(р-ра)(CuSO4) = 750*1,08 = 810 г

n(O2) = 4,48/22,4 = 0,2 моль

n(Cu) = 2n(O2) = 0,4 моль

n(CuSO4 прореагировало) = n(Cu) = 0,4 моль

n(CuSO4 осталось) = 0,6 - 0,4 = 0,2 моль

n(H2SO4) = n(CuSO4 прореагировало) = 0,4 моль

n(NaOH) = 0,5*3,2 = 1,6 моль

m(р-ра)(NaOH) = 500*1,25 = 625 г

n(NaOH прореагировало) = 2n(CuSO4 осталось) + 2n(H2SO4) = 0,4 + 0,8 = 1,2 моль

n(NaOH осталось) = 1,6 - 1,2 = 0,4 моль

n(Cu(OH)2) = n(CuSO4 осталось) = 0,2 моль

m(Cu) = 0,4*64 = 25,6 г

m(O2) = 0,2*32 = 6,4 г

m(NaOH осталось) = 0,4*40 = 16 г

m(Cu(OH)2) = 0,2*98 = 19,6 г

m(конечного р-ра) = 810 + 625 - 25,6 - 6,4 - 19,6 = 1383,4 г

omega(NaOH) = 16/1383,4 = 0,012, или 1,2 %

Подробный разбор

При электролизе раствора $CuSO_{4}$ на инертных электродах на катоде выделяется медь, на аноде — кислород, а в растворе накапливается серная кислота:

1. $2CuSO_{4} + 2H_{2}O \xrightarrow{\text{электролиз}} 2Cu\downarrow + 2H_{2}SO_{4} + O_{2}\uparrow$

2. Щёлочь расходуется сначала на непрореагировавшую соль, затем на образовавшуюся кислоту:

   $2NaOH + CuSO_{4} = Na_{2}SO_{4} + Cu(OH)_{2}\downarrow$

   $2NaOH + H_{2}SO_{4} = Na_{2}SO_{4} + 2H_{2}O$

3. Исходный раствор соли: $n(CuSO_{4}) = 0{,}75\ л \cdot 0{,}8\ моль/л = 0{,}6\ моль$; $m(р\text{-}ра) = 750\ мл \cdot 1{,}08\ г/мл = 810\ г$.

4. Газ на аноде — кислород: $n(O_{2}) = 4{,}48\ л : 22{,}4\ л/моль = 0{,}2\ моль$. По уравнению 1 $n(Cu) = 2n(O_{2}) = 0{,}4\ моль$, и столько же соли разложилось: $n(CuSO_{4}\ прореаг.) = 0{,}4\ моль$, значит $n(H_{2}SO_{4}) = 0{,}4\ моль$, а в растворе осталось $n(CuSO_{4}) = 0{,}6 - 0{,}4 = 0{,}2\ моль$.

5. Раствор щёлочи: $n(NaOH) = 0{,}5\ л \cdot 3{,}2\ моль/л = 1{,}6\ моль$; $m(р\text{-}ра) = 500\ мл \cdot 1{,}25\ г/мл = 625\ г$.

6. По уравнениям 2 на каждое вещество идёт по 2 моль щёлочи: $n(NaOH\ прореаг.) = 2 \cdot 0{,}2 + 2 \cdot 0{,}4 = 1{,}2\ моль$, поэтому щёлочь в избытке: $n(NaOH\ ост.) = 1{,}6 - 1{,}2 = 0{,}4\ моль$, $m(NaOH\ ост.) = 0{,}4\ моль \cdot 40\ г/моль = 16\ г$. Осадка по первому уравнению из пункта 2: $n(Cu(OH)_{2}) = n(CuSO_{4}\ ост.) = 0{,}2\ моль$, $m = 0{,}2 \cdot 98 = 19{,}6\ г$.

7. Массу раствора уменьшают медь на катоде, кислород на аноде и осадок: $m(Cu) = 0{,}4 \cdot 64 = 25{,}6\ г$, $m(O_{2}) = 0{,}2 \cdot 32 = 6{,}4\ г$.

   $m(конечн.\ р\text{-}ра) = 810 + 625 - 25{,}6 - 6{,}4 - 19{,}6 = 1383{,}4\ г$

8. $\omega(NaOH) = \dfrac{16\ г}{1383{,}4\ г} \approx 0{,}012$, или $1{,}2\ \%$.

Ответ: $\omega(NaOH) \approx 1{,}2\ \%$.