Здравствуйте, уважаемые читатели!
Хочу предложить вашему вниманию авторскую задачу, в которой я попыталась объединить следующие моменты:
- электролиз раствора формиата натрия. Преимущественно, в школьной органике синтез Кольбе рассматривают на ацетатах или (что совсем уже редко) на пропионатах. Тем не менее, формиаты разлагаются по Кольбе по той же схеме, только вместо алкана выделяется водород. Если электролизер - без диафрагмы, отделяющей катодное и анодное пространства, то возможно взаимодействие между продуктами электролиза (углекислым газом и щелочью);
- электролиз в двух последовательно соединенных электролизерах. Особенность этого процесса в том, что количества электричества (количества электронов), прошедших через оба электролизера, равны между собой. Т.е. количество электронов, участвующих в процессе, является связующим звеном между последовательно соединенными электролизерамии и идентифицируется в качестве одного из реагентов. Находят количество электронов на основании стехиометрических соотношений;
- нахождение количества вещества по количеству элементарных частиц (в данной задаче - протонов) - обсуждалось в предыдущих статьях. Алгоритм достаточно прост: находится количество моль протонов в одной формульной единице вещества (по зарядам ядер) и умножается на общее количество моль вещества.
- нахождение массовой доли протонов в растворе (смеси): находят количества протонов в растворенном веществе и в воде, далее, учитывая то, что М(р) = 1г/моль, находят общую массу протонов и далее - их массовую долю.
- нахождение массовой доли нейтронов в растворе(смеси): поскольку в атомной массе учтены только массы протонов и нейтронов, то W(нейтронов)=100-W(протонов)
Итак, задача:
2 последовательно соединённых электролизёра, в которых отсутствует разделение катодного и анодного пространств, заполнили 10%-ными растворами формиата натрия и сульфата меди. Затем пропускали электрический ток до момента, пока на катоде во втором электролизере не выделился весь металл. Увеличение массы катода составило 3,2 г. Растворы, полученные в результате электролиза, смешали. Определить массовую долю нейтронов в конечном растворе, если известно, что до проведения электролиза количество протонов, содержащихся в формиате натрия, составляло 85,71% от количества протонов, содержавшихся в сульфате меди.
Решение.
1. Характеристика процесса электролиза раствора CuSO4:
А) 2CuSO4 + 2H2O ±4e = 2Cu+O2+2H2SO4 (1)
Б)n1(Cu)=3,2/64=0,05 моль, n1(CuSO4)= nисх(CuSO4)= n1(Cu)= 0,05 моль,
n1(H2SO4)= 0,05 моль, n1(O2)= 0,025 моль, n1(е)= 2 n1(Cu)=0,1 моль.
В) m исх рра= nисх(CuSO4)*M(CuSO4)/W(CuSO4)=0,05*160/0,1=80 г
Г) состав получ. рра:
n (H2SO4)= 0,05 моль, m рра=80-3,2-32*0,025=76 г
2. Характеристика процесса электролиза раствора HCOONa:
а)Найдем состав исходного раствора HCOONa :
пусть nисхHCOONa=x моль, nисхCuSO4=0,05 моль,
n1 p ( HCOONa ) =(1+6+2*8+11)*x=33 x моль,
n2 p (CuSO4) =(29+16+ 4*8)*0,05=3,85 моль,
Согласно условию 33x=0,8571*3,85 , откуда х= nисхHCOONa =0,1 моль
m исх рра= nисх(HCOONa)*M(HCOONa)/W(HCOONa)=0,1*68/0,1=68 г
б) Химизм процессов, протекающих в ходе электролиза, с учетом отсутствия разделения катодного и анодного пространств:
2HCOONa + 2H2O ±2e = 2H2+2CO2+2NaOH (2) (-собственно, электролиз)
CO2+ NaOH = NaHCO3 (3) (- взаимодействие продуктов электролиза между собой)
В) Т.к. электролизеры соединены последовательно, то количества электронов, прошедшие через них, равны:
n1(е)= n2(е)= 0,1 моль.
n2 (HCOONa)= n2(е)= 0,1 моль, т.е., электролиз формиата прошел полностью.
n2 (H2)=0,1 моль, n2 (СО2)=0,1 моль, n2 (NaOH)=0,1 моль,
n3 (NaHCO3)=0,1 моль.
Г) состав получ. Рра:
n (NaHCO3)= 0,1 моль, m рра=68- 2*0,1=67,8 г
3.Процесс смешивания полученных растворов:
А) 2NaHCO3+ H2SO4=Na2SO4+2CO2+2H2O (4)
n (NaHCO3)= 0,1 моль, n (H2SO4)= 0,05 моль, n4 CO2=0,1 моль
б) состав конечного рра: Na2SO4- 0,05 моль,
m кон.рра= 76+67,8 -0,1*44=139,4 г
mH2O в рре= 139,4-0,05*142=132,3 г, n(H2O)=7,35 моль
4.Найдем W нейтронов в растворе:
А) Найдем W протонов в растворе:
n1 p (Na2SO4 ) =(2*11+16+4*8)*0,05=3,5 моль,
n2 p (Н2О) =(2+8)* 7,35 =73,5 моль,
nсумм p=3,5+73,5 =77 моль
M(p)=1г/моль, mсумм(р)= 77 г
W протонов= 100*mсумм(р)/ m кон.рра=100*77 /139,4=55,24%
Б) W нейтронов=100- W протонов=44,76%
Заранее благодарна за конструктивные замечания и предложения.
Всего доброго!