Задание №60845 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекают реакции:

2. Найдем число моль сульфата меди(II) в растворе:
m CuSO₄ = m_р-ра CuSO₄ ⋅ω CuSO₄ = 640 ⋅ 0,15 = 96 г
n CuSO₄ = m CuSO₄ / M CuSO₄ = 96 / 160 = 0,6 моль

3. Масса раствора уменьшилась за счет выделившихся на электродах меди и кислорода. Найдем число моль меди и кислорода. Для этого составим и решим уравнение:
Пусть n O₂ = x моль, тогда n Cu = 2x моль

m Cu + m O₂ = 50
128x + 32x = 50 

x = 0,3125; n O₂ = 0,3125 моль
n Cu = 0,625 моль

4. 0,6 моль сульфата меди(II) недостаточно для образования 0,625 моль меди, значит, протекает электролиз воды:

5. Найдем массу меди и кислорода, образовавшихся в первой реакции:
n Cu = n CuSO₄ = 0,6 моль
m Cu = n Cu ⋅ M Cu = 0,6 ⋅ 64 = 38,4 г

n₁ O₂ = n CuSO₄ / 2 = 0,6 / 2 = 0,3 моль
m₁ O₂ = n₁ O₂⋅ M O₂ = 0,3 ⋅ 32 = 9,6 г

6. Найдем число моль воды, вступившей в электролиз:
m_{2прореаг.} H₂O = 50 – m Cu – m₁ O₂ = 50 – 38,4 – 9,6 = 2 г
n_{2прореаг.} H₂O = m_{2прореаг.} H₂O / M H₂O = 2 / 18 = 0,1 моль

7. Найдем число моль кислорода, выделившегося при электролизе воды:
n₂ O₂ = n H₂O / 2 = 0,1 / 2 = 0,05 моль 

8. Найдем массу кислорода, выделившегося на аноде:
n O₂ = n₁ O₂ + n₂ O₂ = 0,3 + 0,05 = 0,35 моль
m O₂ = n O₂⋅ M O₂ = 0,35 ⋅ 32 = 11,2 г 

8. Найдем массу воды в растворе сульфата меди(II):
ω₁ H₂O = 100 – ω CuSO₄ = 100 – 15 = 85%
m₁ H₂O = m_р-ра CuSO₄⋅ω₁ H₂O = 640 ⋅ 0,85 = 544 г

9. Найдем массу воды в растворе гидроксида натрия:
ω₃ H₂O = 100 – ω NaOH = 100 – 20 = 80%
m₃ H₂O = m_р-ра NaOH ⋅ω₂ H₂O = 400 ⋅ 0,8 = 320 г

10. Найдем число моль гидроксида натрия в растворе:
m NaOH = m_р-ра NaOH ⋅ω NaOH = 400 ⋅ 0,2 = 80 г
n NaOH = m NaOH / M NaOH = 80 / 40 = 2 моль

11. Найдем число моль образовавшейся серной кислоты:
n H₂SO₄ = n CuSO₄ = 0,6 моль

12. Определим, кто из реагентов во второй реакции находится в недостатке:
поделим моли гидроксида натрия и серной кислоты на свои коэффициенты

NaOH : H₂SO₄
(2 / 2) : (0,6 / 1)
(2 / 2) > (0,6 / 1)
NaOH > H₂SO₄

Приходим к выводу, что NaOH находится в избытке, а H₂SO₄ в недостатке. Далее расчеты идут по недостатку, то есть по H₂SO₄.

13. Найдем массу воды, образовавшейся во второй реакции:
n₂ H₂O = 2n H₂SO₄ = 2 ⋅ 0,6 = 1,2 моль
m₂ H₂O = n₂ H₂O ⋅ M H₂O = 1,2 ⋅ 18 = 21,6 г 

14. Найдем массу воды, вступившей в первую реакцию:
n_{1прореаг.} H₂O = n CuSO₄ = 0,6 моль
m_{1прореаг.} H₂O = n_{1прореаг.} H₂O ⋅ M H₂O = 0,6 ⋅ 18 = 10,8 г 

15. Найдем массу воды в конечном растворе:
m H₂O = m₁ H₂O + m₂ H₂O + m₃ H₂O – m_{1прореаг.} H₂O – m_{2прореаг.} H₂O = 544 + 21,6 + 320 – 10,8 – 2 = 872,8 г

16. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_р-ра CuSO₄ + m_р-ра NaOH – 50 = 640 + 400 – 50 = 990 г

17. Найдем массовую долю воды в конечном растворе:
ω H₂O = m H₂O / m_{конечн. р-ра} = 872,8 / 990 = 0,882 → 88,2%

Ответ: ω H₂O = 88,2%; m O₂ = 11,2 г

Источник: Реальное задание ЕГЭ (собрано Ермолаевым И. С.)