РХО 2013 Пластинка

железную пластинку поместили в 60 мл раствора с плотностью 1,2 г/мл содержащего хлорид меди 2 (массовая доля 18.75%) и сульфат меди 2 (масовая дол 13.33%) и выдерживали в нем до тех пор пока ее масса не увеличиласть на 0.8 г . Через полученный раствор пропускали постоянный ток,после отключения которого,масса катода увеличилась на 8,32 г, а на аноде выделилось 2,912 л газов.Определите массовые доли веществ в растворем, оставшемся в электролизере
помогите решить задачу плиз

Такие задачи следует разбить на несколько этапов, чтобы было проще ориентироваться что к чему.

  • Шаг 1. Помещение железной пластинки в раствор

Если сравнивать потенциалы восстановления железа и меди, становится очевидно, что у меди его будет больше. Следовательно, будет протекать реакция

Fe + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu

По условию, пластинку выдерживали в растворе до того момента, как его масса не увеличилась на 0.8 г. Что это значит ? Это значит, что в раствор перешло железо, однако это компенсируется оседанием меди на пластинке. Молярная масса меди превышает молярную массу железа, поэтому вполне логично ожидать, что масса пластинки увеличится.

Пусть прореагировало х моль железа, тогда изменение массы пластинки составляет Δm = -56x + 64x = 0.8 ; откуда х = 0.1 моль.

  • Шаг 2. Определение количественного и качественного состава раствора после выдерживания пластинки

Данный этап самый легкий, поскольку требует лишь сухих расчетов.

Если масса пластинки увеличилась на 0.8 г, то довольно логично что масса раствора уменьшилась на 0;8 г, и будет составлять m_{p-pa}=60 \cdot 1.2 - 0.8 = 71.2 г.

Далее, находим кол-во молей ионов меди в образовавшемся растворе. Изначально кол-во ионов меди составляет \frac{60 \cdot1.2 \cdot 0.1875}{135}+\frac{60 \cdot 1.2 \cdot 0.1333}{160} = 0.16 моль. Если прореагировало 0.1 моль железа, то конечное кол-во ионов меди составляет 0.16 - 0.1 = 0.06 моль.

С количеством ионов железа проблем нет, поскольку оно равно 0.1 моль по стехиометрии реакции

Кол-во хлорид ионов будет составлять \frac{60 \cdot1.2 \cdot 0.1875 \cdot 2}{135} = 0.2 моль, а кол-во сульфат ионов будет составлять \frac{60 \cdot 1.2 \cdot 0.1333}{160} = 0.06 моль

  • Шаг 3. Электролиз полученного раствора

На катоде всегда происходит восстановление, а на аноде окисление. Сравнив потенциалы восстановления содержащихся в растворе ионов, можно придти к выводу, что на катоде будут восстанавливаться ионы меди в первую очередь, а на аноде хлорид ионы

K(-) : Cu^{2+} + 2e = Cu
A(+) : 2Cl^{-} = Cl_{2} + 2e

Сразу же рассчитаем кол-во молей газов, чтобы инициировать рассуждения в происходящем. Кол-во молей газов составляет \frac{2.912}{22.4} = 0.13 моль. Если бы хлорид ионы окислились полностью, то выделилось бы максимально 0.1 моль хлора. Значит оставшиеся 0.03 моль газа приходятся на кислород, который выделяется в ходе следующей реакции :

2H_{2}O = O_{2} + 4H^{+} + 4e

Общее кол-во молей выделившихся электронов составляет 0.2+0.03 \cdot 4 = 0.32 моль. Значит, столько же электронов должно израсходоваться для восстановления на катоде.

Увеличение массы катода происходит за счет оседания меди. Следовательно, кол-во молей меди составляет \frac{8.32}{56}= 0.13 моль. Здесь можно заметить противоречие. Восстановилось больше ионов меди, чем содержалось в растворе. И что же это значит ? Единственный разумный вариант, который объясняет происходящее в задаче - вариант с восстановлением железа.
Медь восстановилась полностью, поэтому масса катода увеличится на 0.06 \cdot 64 = 3.84 г. Значит остаточное увеличение массы на 8.32 - 3.84 = 4.48 г происходит за счет восстановления ионов железа. Кол-во молей прореагировавших ионов железа составляет \frac{4.48}{56}= 0.08 моль.
ВАЖНАЯ ДЕТАЛЬ! Если рассчитать кол-во молей электронов, которые израсходуются для восстановления ионов меди и железа, можно заметить что оно составляет (0.06+0.08) \cdot 2= 0.28 моль. Это значит что оставшиеся 0.04 моль электронов расходуются по реакции на катоде :

2H^{+} + 2e = H_{2}

Такое происходит потому что в какой-то момент времени потенциал восстановления ионов железа сравняется с потенциалом восстановления протонов. Выделившийся водород никоим образом не влияет на массу катода, поэтому на данном этапе нет никаких противоречий.

  • Шаг 4 (финальный). Определение количественного и качественного состава раствора после электролиза

Данный этап я оставляю тебе :3 Думаю теперь ты знаешь что делать дальше

3 симпатии