Question

Смешали 189 г 5%-го раствора хлорида меди (II) и 49,73 г 10%-го раствора хлорида натрия, опустили в полученную смесь инертные электроды и проводили электролиз до тех пор, пока объем газов, выделившихся на электродах, не составил 2,24 л (н.у.). Электролиз остановили, вынули электроды и добавили к раствору 182 г 7%-го раствора нитрата серебра, после чего заменили электроды и продолжили пропускать электрический ток. Определите максимальную массу металла, который можно получить из конечного раствора. В ответ запишите число в граммах, с точностью до сотых.

Answer 1

Задача некорректная!

m(CuCl₂) = 189 * 0,05 = 9,45 г
 n(CuCl₂) =  9,45 / 135 = 0,07  моль
 
m(NaCl) = 49,73 * 0,1 = 4,973 г
 n(NaCl) = 4,973 / 58,5 = 0,085  моль

V(газов) = 2,24 / 22,4 = 0,1моль
сначала на катоде будет проходить восстановление меди, 
Cu²⁺ + 2e = Cu⁰
а на аноде - окисление ионов хлора
2Cl⁻ - 2e = Cl₂⁰
суммарный процесс
CuCl₂ → Cu + Cl₂
При этом на аноде выделится
n(Cl₂) = n(CuCl₂)  = 0,07  моль
Значит должно еще выделиться 0,03 моль газов.
далее пойдет процесс электролиза хлорида натрия

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + Cl₂
будет выделяться смесь газов - водород и хлор в соотношении 1 : 1.
 - каждого по 0,015 моль.
n(NaCl разложилось) =  0,03  моль
n(NaCl осталось) =  0,085 - 0,03 = 0,055  моль
n(NaOH образовалось) =  0,03  моль

m(AgNO₃) = 182 * 0,07 = 12,74 г
 n(AgNO₃) =  12,74 / 170 = 0,075  моль

А вот дальше пойдут ДВА процесса

AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃
на этот процесс уйдет 
 n(AgNO₃) = n(NaCl осталось) =   0,055  моль
останется
0,075 - 0,055   = 0,02 моль AgNO₃
 
2AgNO₃ + 2NaOH = Ag₂O + 2NaNO₃ +  H₂O
этот процесс выведет все оставшиеся ионы серебра из раствора.
 и никакого металла мы не получим.

Answer 2

Для решения задачи необходимо сначала определить, какие реакции протекают при электролизе начальной смеси и после добавления нитрата серебра.

1. Электролиз начальной смеси

Для раствора хлорида меди (II) реакция электролиза будет иметь следующий вид:

Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)

Для раствора хлорида натрия реакция будет следующей:

2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e-

Таким образом, при электролизе начальной смеси будут выделяться газообразный хлор и медь в металлическом состоянии на катоде.

Для расчета количества меди, полученной при электролизе, необходимо определить количество переданных электрических зарядов (Q) и соответствующее количество моль меди, выделившейся на катоде.

Начнем с расчета количества переданных электрических зарядов:

Q = It,

где Q - заряд в кулонах, I - сила тока в амперах, t - время электролиза в секундах.

Переведем массы растворов в количество веществ:

n(CuCl2) = m(CuCl2) / M(CuCl2) = 189 г / (134,45 г/моль) ≈ 1,41 моль

n(NaCl) = m(NaCl) / M(NaCl) = 49,73 г / (58,44 г/моль) ≈ 0,85 моль

Таким образом, в начальной смеси будет находиться 1,41 моль Cu2+ и 0,85 моль Cl-.

Рассчитаем количество электрических зарядов, необходимых для полного выделения газа хлора:

Q(Cl2) = 2n(Cl-) × F = 2 × 0,85 моль × 96485 Кл/моль ≈ 163,89 Кл

После выделения хлора на катоде останется 1,41 моль Cu2+.

Рассчитаем количество электрических зарядов, необходимых для полного осаждения меди:

Q(Cu) = n(Cu2+) × 2F = 2 × 1,41 моль × 96485 Кл/моль ≈ 272,92 Кл

Максимальная масса меди, которую можно получить при электролизе начальной смеси, будет равна массе меди, выделенной на катоде, и будет определяться по формуле:

m(Cu