Для решения этой задачи, начнем с того, что нам необходимо определить, как изменится состав раствора сульфата меди (CuSO₄) после электролиза.
Шаг 1: Определим количество вещества CuSO₄ в растворе
Молярная масса сульфата меди (CuSO₄) рассчитывается как:
- Cu (медный атом) = 63.5 г/моль
- S (серный атом) = 32.1 г/моль
- O (кислород) = 16.0 г/моль * 4 = 64.0 г/моль
Таким образом, молярная масса CuSO₄ = 63.5 + 32.1 + 64.0 = 159.6 г/моль.
Теперь, найдем количество вещества CuSO₄ в 32 г:
[
n = \frac{m}{M} = \frac{32 \text{ г}}{159.6 \text{ г/моль}} \approx 0.2005 \text{ моль}
]
Шаг 2: Определение газа, выделившегося на аноде
На аноде в процессе электролиза происходит окисление сульфата меди, и выделяется кислород.
Из уравнения реакции, показано, что выделение газа (кислорода, O₂) на аноде связано с количеством тока, проходящим через раствор. Мы знаем, что выделение 1 литра кислорода при нормальных условиях (н.у.) соответствует 1/22.4 моль (по объему одного моля газа при н.у.).
Количество вещества O₂, выделившегося на аноде:
[
V = 1.12 \text{ л} = 1120 \text{ мл}
]
То есть:
[
n(O₂) = \frac{1120 \text{ мл}}{22400 \text{ мл/моль}} = \frac{1120}{22400} = 0.05 \text{ моль}
]
Шаг 3: Найдем, сколько сульфата меди осталось после электролиза
На каждую моль сульфата меди выделяется 0.5 моль кислорода (O₂). Как мы посчитали, выделилось 0.05 моль O₂. Значит, чтобы получить 0.05 моль O₂, расходуется:
[
0.05 \text{ моль} O₂ \times 2 = 0.1 \text{ моль} CuSO₄
]
Исходное количество CuSO₄ было 0.2005 моль. После электролиза останется:
[
0.2005 - 0.1 = 0.1005 \text{ моль} CuSO₄
]
Шаг 4: Рассчитаем новую массу сульфата меди и массу раствора
Теперь найдем массу оставшегося CuSO₄:
[
m(осталось) = n \times M = 0.1005 \text{ моль} \times 159.6 \text{ г/моль} \approx 16.04 \text{ г}
]
Теперь рассчитаем массу раствора. Изначально в растворе было:
- масса CuSO₄ = 32 г
- масса воды = 119.6 г (поскольку 1 мл воды = 1 г)
Общая масса раствора до электролиза:
[
m(раствора) = 32 + 119.6 = 151.6 \text{ г}
]
После электролиза массовая доля сульфата меди составит:
[
\text{м. д.} = \frac{m(осталось)}{m(раствора)} \times 100%
]
Подставим значения:
[
\text{м. д.} = \frac{16.04}{151.6} \times 100% \approx 10.58%
]
Округляя до целых чисел, получается, что массовая доля сульфата меди в растворе после электролиза составляет примерно 11%.
Таким образом, правильный ответ: 11%.
