34. Расчеты массовой доли химического соединения в смеси: #274485

$2CuSO_4+2H_2O\rightarrow 2Cu+O_2\uparrow+2H_2SO_4$

$2H_2O\rightarrow 2H_2\uparrow+O_2\uparrow$

$Zn+H_2SO_4\rightarrow ZnSO_4+H_2\uparrow$

Масса сульфата меди (II) в исходном растворе:

$m(CuSO_4)=640\cdot0{,}20=128$ $г$

Количество вещества сульфата меди (II):

$n(CuSO_4)=\frac{128}{160}=0{,}8$ $моль$

Количество вещества газа, выделившегося на аноде:

$n(O_2)=\frac{13{,}44}{22{,}4}=0{,}6$ $моль$

По уравнению электролиза раствора сульфата меди (II):

$n(O_2)=\frac{1}{2}n(CuSO_4)=\frac{1}{2}\cdot0{,}8=0{,}4$ $моль$

Так как всего на аноде выделилось $0{,}6$ $моль$ кислорода, после полного израсходования $CuSO_4$ происходил электролиз воды.

Количество вещества кислорода, выделившегося при электролизе воды:

$n(O_2)=0{,}6-0{,}4=0{,}2$ $моль$

Количество вещества серной кислоты, образовавшейся при электролизе раствора сульфата меди (II):

$n(H_2SO_4)=n(CuSO_4)=0{,}8$ $моль$

Количество вещества меди, выделившейся на катоде:

$n(Cu)=n(CuSO_4)=0{,}8$ $моль$

Масса меди:

$m(Cu)=0{,}8\cdot64=51{,}2$ $г$

Масса кислорода, выделившегося на аноде:

$m(O_2)=0{,}6\cdot32=19{,}2$ $г$

По уравнению электролиза воды:

$n(H_2)=2n(O_2)=2\cdot0{,}2=0{,}4$ $моль$

Масса водорода, выделившегося при электролизе воды:

$m(H_2)=0{,}4\cdot2=0{,}8$ $г$

Масса раствора после электролиза:

$m_{р-ра}=640-51{,}2-19{,}2-0{,}8=568{,}8$ $г$

Количество вещества цинка:

$n(Zn)=\frac{65}{65}=1$ $моль$

На реакцию с серной кислотой потребуется:

$n(Zn)=n(H_2SO_4)=0{,}8$ $моль$

Следовательно, цинк взят в избытке.

Количество вещества сульфата цинка:

$n(ZnSO_4)=n(H_2SO_4)=0{,}8$ $моль$

Масса сульфата цинка:

$m(ZnSO_4)=0{,}8\cdot161=128{,}8$ $г$

Масса цинка, вступившего в реакцию:

$m(Zn\ прореаг.)=0{,}8\cdot65=52$ $г$

Количество вещества водорода, выделившегося при реакции цинка с серной кислотой:

$n(H_2)=n(H_2SO_4)=0{,}8$ $моль$

Масса выделившегося водорода:

$m(H_2)=0{,}8\cdot2=1{,}6$ $г$

Масса полученного раствора:

$m_{р-ра}=568{,}8+52-1{,}6=619{,}2$ $г$

Массовая доля сульфата цинка в полученном растворе:

$\omega(ZnSO_4)=\frac{128{,}8}{619{,}2}\cdot100\%\approx20{,}80\%$.