Дано:
- Масса раствора нитрата меди(II) = 450 г.
- Массовая доля нитрата меди в растворе = 18%, т.е. масса нитрата меди (Cu(NO3)2) = 450 г × 0,18 = 81 г.
- Объем газа (O2) на аноде = 2,1 л.
- Проба раствора массой = 100 г.
Найти:
- Объем 11%-го раствора гидроксида калия (KOH), необходимый для реакции с порцией раствора массой 100 г.
Решение:
1. Определим количество вещества нитрата меди в 450 г раствора:
Молекулярная масса нитрата меди (Cu(NO3)2) = 63,5 (Cu) + 2 × (14 + 3 × 16) (NO3) = 63,5 + 2 × 62 = 187,5 г/моль.
Количество вещества нитрата меди в растворе:
ν(Cu(NO3)2) = 81 г / 187,5 г/моль = 0,432 моль.
2. Определим количество вещества азотной кислоты:
Из 450 г раствора нитрата меди 18% раствор содержит 81 г Cu(NO3)2. Согласно уравнению электролиза, на катоде выделяется медь, а на аноде — кислород. Для реакции с KOH требуется как Cu(NO3)2, так и HNO3.
Объем газа на аноде — 2,1 л. Газом является кислород, который выделяется по реакции:
2H2O → O2 + 4H+.
По уравнению реакции кислород выделяется в моль:
n(O2) = V / 22,4 = 2,1 / 22,4 = 0,09375 моль.
3. Вычислим количество вещества KOH для реакции с Cu(NO3)2 и HNO3:
- Для Cu(NO3)2:
Cu(NO3)2 + 2KOH → Cu(OH)2 + 2KNO3.
На 1 моль Cu(NO3)2 требуется 2 моль KOH. Для 0,432 моль Cu(NO3)2 требуется:
ν(KOH) = 0,432 моль × 2 = 0,864 моль KOH.
- Для HNO3:
HNO3 + KOH → KNO3 + H2O.
На 1 моль HNO3 требуется 1 моль KOH. Так как в растворе 81 г Cu(NO3)2, содержание азотной кислоты в растворе можно вычислить:
450 г раствора содержит 0,376 моль HNO3. Для 100 г раствора:
х(HNO3) = 0,376 моль × 100 г / 450 г = 0,083 моль HNO3.
Для 0,083 моль HNO3 потребуется:
ν(KOH) = 0,083 моль.
4. Общее количество KOH:
Общее количество вещества KOH, необходимое для реакции:
ν(KOH) = 0,864 моль + 0,083 моль = 0,947 моль.
5. Определим объем 11%-го раствора гидроксида калия:
Молекулярная масса KOH = 56 г/моль.
Масса KOH в 1 л 11%-го раствора: 11 г KOH в 100 г раствора, т.е. 110 г KOH в 1 л раствора.
Моль KOH в 1 л раствора: 110 г / 56 г/моль = 1,964 моль/л.
Объем раствора, содержащего 0,947 моль KOH:
V = 0,947 моль / 1,964 моль/л = 0,482 л = 482 мл.
Ответ:
Для реакции с порцией раствора массой 100 г потребуется 482 мл 11%-го раствора гидроксида калия.