Здравствуйте, уважаемые читатели!
В сегодняшней статье я хочу коснуться не так давно применяемого в формате ЕГЭ по химии практически универсального способа выражения концентрации вещества в смеси или растворе- так называемой "атомистики".
В качестве используемых объектов при этом могут рассматриваться элементарные частицы (протоны, электроны, нейтроны, нуклоны), атомы, ионы, молекулы.
В плане количественных характеристик применяют как абсолютные показатели содержания конкретных частиц (их массы, количества, концентрации), так и соотношение между отдельными видами частиц (в том силе относительно числа Авогадро).
С помощью "атомистики" можно не только задать любую количественную характеристику раствора (смеси): массовую долю, растворимость, состав кристаллогидрата.
Такой показатель, как количество электронов, прошедших через цепь при электролизе, является основой для проведения стехиометрических расчетов, как, например, в авторской задаче, которая будет разобрана ниже:
200 г раствора смеси нитратов меди и алюминия, в котором количество катионов меди в 5 раз меньше общего количества нитрат-анионов, подвергали электролизу до момента, пока на катоде не начал выделяться газ. В ходе электролиза через цепь прошло количество электронов, в 5 раз меньшее числа Авогадро. К раствору после электролиза добавляли насыщенный раствор карбоната натрия до тех пор, пока не закончились все реакции. Найти состав полученного раствора. В условиях эксперимента соотношение между массами соли и воды в насыщенном растворе карбоната натрия составляет 1:5.
Решение
1. Характеристика процесса электролиза:
Так как электролиз остановили в момент, когда на катоде начал выделяться газ, нитрат меди полностью подвергся разложению согласно реакции 1.
В уравнении реакции указано количество электронов, участвующих в выделении стехиометрических количеств меди и кислорода.
2Cu(NO3)2+2H2O±4 е =2Cu+O2+4HNO3 (1)
Согласно условию, в ходе электролиза через цепь прошло количество электронов, в 5 раз меньшее числа Авогадро. Как известно, число Авогадро соответствует 1 молю структурных единиц, тогда:
n(e)=1/ 5 =0,2 моль
n1(Cu(NO3)2)=0,5 n(e)= 0,1 моль
2. Состав исходного раствора:
n (Cu2+)= n1(Cu(NO3)2)= 0,1 моль
n (NO3-)= 2n1(Cu(NO3)2)+3n (Al(NO3)3)= 0,1*5=0,5 моль
0,5=2*0,1+3n (Al(NO3)3), откуда n (Al(NO3)3=0,1 моль
3. Состав раствора после электролиза:
Al(NO3)3- 0,1 моль, HNO3 образ- 0,2 моль
m рра=200-0,1*64-0,05*32=192 г
4. Характеристика взаимодействия с раствором карбоната натрия:
a)2HNO3+Na2CO3=2NaNO3+CO2+H2O (2)
2Al(NO3)3+3 Na2CO3+3H2O=6NaNO3+3CO2 +2Al(OH)3 (3)
Б)n2+3 Na2CO3=0,5n HNO3+1,5n Al(NO3)3=0,1+0,15=0,25 моль
m Na2CO3=0,25*106=26,5 г
в)Найдем характеристику насыщенного раствора:
Пусть m воды =100 г, тогда, согласно условию, m Na2CO3=100/5=20 г
m насыщ рра=26,5*120/20=159 г
г) состав полученного раствора:
n2+3 CO2= n2+3 Na2CO3=0,25 моль
n 3 Al(OH)3=n Al(NO3)3= 0,1 моль
m получ рра=192+159-44*0,25-78*0,1=332,2 г
n2+3 NaNO3= 2n2+3 Na2CO3=0,25*2=0,5 моль
W NaNO3=100*0,5*85/332,2=12,8%
Более развернуто возможности "атомистики" применительно к электролизу планирую рассмотреть на вебинаре, который состоится 5 февраля. Зарегистрироваться на вебинар можно по ссылке:
Как всегда, заранее благодарна за конструктивные замечания. Всего доброго!
.
