Запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида меди (II): CuCl2 = Cu↓ + Cl2↑
Рассчитаем массу и количество вещества хлорида меди в исходном растворе до электролиза: m(CuCl2) = mисх.р-ра(CuCl2) · ω(CuCl2)/100% = 270 г · 20%/100% = 54 г; νисх.(CuCl2) = mисх.(CuCl2)/M(CuCl2) = 54 г/135 г/моль = 0,4 моль.
Единственным газом, выделившимся в процессе электролиза, является хлор, следовательно, хлор − это тот газ, о котором идем речь в условии. Рассчитаем его количество вещества: ν(Cl2) = V(Cl2)/Vm = 4,48 л/22,4 л/моль = 0,2 моль.
Исходя из уравнения реакции электролиза, можно записать, что: ν(Cu) = ν(Cl2) = 0,2 моль.
Рассчитаем массы выделившихся хлора и металлической меди: m(Cl2) = ν(Cl2) · M(Cl2) = 0,2 моль · 71 г/моль = 14,2 г; m(Cu) = ν(Cu) · M(Cu) = 0,2 моль · 64 г/моль = 12,8 г.
Рассчитаем массу раствора после электролиза: mр-ра после эл-за = mисх.р-ра(CuCl2) − m(Cu) − m(Cl2) = 270 г − 14,2 г − 12,8 г = 243 г.
Исходя из уравнения реакции электролиза, можно записать, что количество вещества прореагировавшего хлорида меди будет равно: νпрореаг.(CuCl2) = ν(Cu) = 0,2 моль.
Тогда: νост.(CuCl2) = νисх.(CuCl2) − νпрореаг.(CuCl2) = 0,4 моль − 0,2 моль = 0,2 моль.
Рассчитаем массу и количество вещества гидроксида натрия в прибавляемом растворе: mисх.(NaOH) = mисх. р-ра(NaOH) · ω(NaOH)/100% = 120 г · 20%/100% = 24 г; νисх.(NaOH) = mисх.(NaOH)/M(NaOH) = 24 г/40 г/моль = 0,6 моль.
Единственным растворенным веществом в растворе после электролиза является хлорид меди. Он и будет реагировать с водным раствором гидроксида натрия. Реакция протекает в соответствии с уравнением: CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl.
Рассчитаем количество вещества гидроксида натрия, которое прореагировало с оставшимся после электролиза хлоридом меди: νпрореаг.(NaOH) = 2ν(CuCl2) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль.
Тогда количество вещества гидроксида натрия, оставшегося в конечном растворе после реакции с хлоридом меди, и его масса, будут равны: νост.(NaOH) = νисх.(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.
Рассчитаем количество вещества и массу осадка гидроксида меди: ν(Cu(OH)2) = νост.(CuCl2) = 0,2 моль; m(Cu(OH)2) = M(Cu(OH)2) · νост.(CuCl2) = 98 г/моль · 0,2 моль = 19,6 г.
Рассчитаем массу конечного раствора: mкон. р-ра = mр-ра после эл-за + mисх. р-ра(NaOH) − m(Cu(OH)2) = 243 г + 120 г − 19,6 г = 343,4 г; ωконечн.(NaOH) = 100% · mост.(NaOH)/mкон. р-ра = 100% · 8 г/343,4 г = 2,33 %.