Образец тригидрата нитрата меди (II) разделили на две части так, что общее число электронов во второй части оказалось больше общего числа электронов в первой части в 2 раза. Первую часть кристаллогидрата прокалили до постоянной массы. Выделившиеся газы собрали и охладили, их объем при нормальных условиях составил 14 л. Из второй части кристаллогидрата приготовили насыщенный раствор при 40⁰С (растворимость кристаллогидрата при 40⁰С составляет 381 г в 100 г воды) и провели электролиз до тех пор, пока на инертном аноде не выделилось в 2,5 раза меньше газа, чем объем газов, выделившихся при разложении первой части кристаллогидрата. Электроды вынули из раствора. Вычислите массовые доли веществ, находящихся в растворе после электролиза. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Для решения данной задачи, нам необходимо разобраться с каждым этапом и вычислить массовые доли веществ в растворе после электролиза.
1. Разложение первой части кристаллогидрата:
Уравнение реакции разложения тригидрата нитрата меди (II):
Cu(NO3)2 * 3H2O -> CuO + 2NO2 + 3H2O
Из уравнения видно, что при разложении первой части кристаллогидрата образуется оксид меди (II) (CuO), двуокись азота (NO2) и вода (H2O).
2. Выделение газов и их объем:
Объем газов, выделившихся при разложении первой части кристаллогидрата, составляет 14 л.
3. Электролиз второй части кристаллогидрата:
Уравнение реакции электролиза второй части кристаллогидрата:
Cu(NO3)2 * 3H2O -> Cu + 2NO2 + 3H2O
Из уравнения видно, что при электролизе второй части кристаллогидрата образуется медь (Cu), двуокись азота (NO2) и вода (H2O).
4. Выделение газов при электролизе:
Объем газов, выделившихся при электролизе второй части кристаллогидрата, составляет 14 л / 2,5 = 5,6 л.
Теперь мы можем рассчитать массовые доли веществ в растворе после электролиза.
Масса вещества в растворе после электролиза можно рассчитать, зная массу вещества, которое растворилось в 100 г воды при 40⁰С. Для этого воспользуемся формулой:
m = (m1 * m2) / 100,
где m - масса вещества в растворе после электролиза, m1 - масса вещества, растворившегося в 100 г воды при 40⁰С, m2 - масса воды в растворе после электролиза.
Масса воды в растворе после электролиза можно рассчитать, зная массу вещества, которое растворилось в 100 г воды при 40⁰С, и массу вещества, которое было во второй части кристаллогидрата. Для этого воспользуемся формулой:
m2 = (m1 * 100) / (100 - m1),
где m2 - масса воды в растворе после электролиза, m1 - масса вещества, растворившегося в 100 г воды при 40⁰С.
Теперь мы можем рассчитать массовые доли веществ в растворе после электролиза:
1. Рассчитаем массу воды в растворе после электролиза:
m1 = 381 г (масса вещества, растворившегося в 100 г воды при 40⁰С)
m2 = (381 * 100) / (100 - 381) ≈ 38,1 г (масса воды в растворе после электролиза)
2. Рассчитаем массу вещества в растворе после электролиза:
m = (m1 * m2) / 100 = (381 * 38,1) / 100 ≈ 145,26 г (масса вещества в растворе после электролиза)
Таким образом, массовая доля вещества в растворе после электролиза составляет:
масса вещества / масса раствора * 100% = 145,26 г / (145,26 г + 38,1 г) * 100% ≈ 79,2%
Уравнения реакций:
1. Разложение первой части кристаллогидрата:
Cu(NO3)2 * 3H2O -> CuO + 2NO2 + 3H2O
2. Электролиз второй части кристаллогидрата:
Cu(NO3)2 * 3H2O -> Cu + 2NO2 + 3H2O