Уравнение электролиза водного раствора хлорида натрия: 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2↑ + H2↑
На катоде выделяется водород. Рассчитаем его количество вещества: ν(H2) = V(H2)/Vm = 6,72 л/22,4 л/моль = 0,3 моль.
Как следует из уравнения электролиза: ν(Cl2) = ν(H2) = 0,3 моль.
Рассчитаем массу раствора после электролиза. Для этого следует из массы исходного раствора вычесть массу образовавшихся нерастворимых продуктов, в нашем случае, водорода и хлора: m(Cl2) = ν(Cl2) · M(Cl2) = 0,3 моль · 71 г/моль = 21,3 г; m(H2) = ν(H2) · M(H2) = 0,3 моль · 2 г/моль = 0,6 г.
Тогда, mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(NaCl) − m(Cl2) − m(H2) = 234 г − 21,3 г − 0,6 г = 212,1 г.
Сульфат меди, содержащийся в прибавляемом растворе, будет реагировать только с гидроксидом натрия. Реакция протекает в соответствии с уравнением: CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4
Рассчитаем массу и количество вещества сульфата меди, содержащегося в прибавляемом растворе: m(CuSO4) = mр-ра(CuSO4) · ω(CuSO4)/100% = 160 г · 20%/100% = 32 г; ν(CuSO4) = m(CuSO4)/M(CuSO4) = 32 г/160 г/моль = 0,2 моль.
Исходя из уравнения электролиза, мы можем записать, что: ν(NaOH) = 2ν(H2) = 2 · 0,3 моль = 0,6 моль.
Поскольку:
ν(CuSO4)/1 < ν(NaOH)/2, где 1 и 2 − соответствующие коэффициенты в уравнении, то, следовательно, сульфат меди находится в недостатке. Т.е. расчет массы выпавшего осадка гидроксида меди следует вести по нему: ν(Cu(OH)2) = ν(CuSO4) = 0,2 моль; m(Cu(OH)2) = ν(Cu(OH)2) · M(Cu(OH)2) = 0,2 моль · 98 г/моль = 19,6 г.
Рассчитаем массу конечного раствора: mкон. р-ра = mр-ра после эл-за + mр-ра(CuSO4) − m(Cu(OH)2) = 212,1 г + 160 г − 19,6 г = 352,5 г.
Исходя из уравнения реакции взаимодействия сульфата меди с гидроксидом натрия, мы можем записать, что: νпрореаг.(NaOH) = 2ν(CuSO4) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль.
Тогда количество вещества и масса гидроксида натрия, оставшегося после реакции с сульфатом меди, будут составлять: νост.(NaOH) = ν(NaOH) − νпрореаг.(NaOH) = 0,6 моль − 0,4 моль = 0,2 моль; mост.(NaOH) = νост.(NaOH) · M(NaOH) = 0,2 моль · 40 г/моль = 8 г.
Тогда массовая доля гидроксида натрия в конечном растворе будет равна: ωконечн.(NaOH) = 100% · mост.(NaOH)/mкон. р-ра = 100% · 8 г/352,5 г = 2,27 %.