Задание №60850 ЕГЭ по Химии

1. По условию протекают реакции:

2. Найдем число моль нитрата меди(II) в растворе:
m Cu(NO₃)₂ = m_р-ра Cu(NO₃)₂ ⋅ωCu(NO₃)₂= 470 ⋅ 0,2 = 94 г
n Cu(NO₃)₂= m Cu(NO₃)₂ / M Cu(NO₃)₂= 94 / 188 = 0,5 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 = 42
128x + 32x = 42 

x = 0,2625; n O₂ = 0,2625 моль
n Cu = 0,525 моль

4. 0,5 моль сульфата меди(II) недостаточно для образования 0,525 моль меди, значит, протекает электролиз воды:

5. Найдем массу меди и кислорода, образовавшихся в первой реакции:
n Cu = n CuSO₄ = 0,5 моль
m Cu = n Cu ⋅ M Cu = 0,5 ⋅ 64 = 32 г

n₁ O₂ = n CuSO₄ / 2 = 0,5 / 2 = 0,25 моль
m₁ O₂ = n₁ O₂⋅ M O₂ = 0,25 ⋅ 32 = 8 г

6. Найдем число моль воды, вступившей в электролиз:
m_{2прореаг.} H₂O = 42 – m Cu – m₁ O₂ = 42 – 32 – 8 = 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 = 0,25 + 0,05 = 0,3 моль
m O₂ = n O₂⋅ M O₂ = 0,3 ⋅ 32 = 9,6 г 

9. Найдем массу воды в растворе нитрата меди(II):
ω₁ H₂O = 100 – ω Cu(NO₃)₂ = 100 – 20 = 80%
m₁ H₂O = m_р-раCu(NO₃)₂⋅ω₁ H₂O = 470 ⋅ 0,8 = 376 г

10. Найдем массу воды в растворе карбоната натрия:
ω₂ H₂O = 100 – ω Na₂CO₃ = 100 – 10 = 90%
m₂ H₂O = m_р-раNaOH⋅ω₂ H₂O = 212 ⋅ 0,9 = 190,8 г

11. Найдем число моль карбоната натрия в растворе:
m Na₂CO₃ = m_р-раNa₂CO₃⋅ω Na₂CO₃ = 212 ⋅ 0,1 = 21,2 г
n Na₂CO₃ = m Na₂CO₃ / M Na₂CO₃ = 21,2 / 106 = 0,2 моль

12. Найдем число моль образовавшейся азотной кислоты:
n HNO₃ = 2n Cu(NO₃)₂ = 2 ⋅ 0,5 = 1 моль

13. Определим, кто из реагентов во второй реакции находится в недостатке:
поделим моли карбоната натрия и азотной кислоты на свои коэффициенты

Na₂CO₃ : HNO₃
(0,2 / 1) : (1 / 2)
(0,2 / 1) < (1 / 1)
Na₂CO₃ < HNO₃

Приходим к выводу, что HNO₃ находится в избытке, а Na₂CO₃в недостатке. Далее расчеты идут по недостатку, то есть по Na₂CO₃.

14. Найдем массу воды, образовавшейся во второй реакции:
n₃ H₂O = n Na₂CO₃ = 0,2 моль
m₃ H₂O = n₃ H₂O ⋅ M H₂O = 0,2 ⋅ 18 = 3,6 г

15. Найдем массу воды, вступившей в первую реакцию:
n_{1прореаг.} H₂O = n CuSO₄ = 0,5 моль
m_{1прореаг.} H₂O = n_{1прореаг.} H₂O ⋅ M H₂O = 0,5 ⋅ 18 = 9 г 

16. Найдем массу воды в конечном растворе:
m H₂O = m₁ H₂O + m₂ H₂O + m₃ H₂O – m_{1прореаг.} H₂O – m_{2прореаг.} H₂O = 376 + 190,8 + 3,6 – 9 – 2 = 559,4 г

17. Найдем массу выделившегося углекислого газа:
n CO₂ = n Na₂CO₃ = 0,2 моль
m CO₂ = n CO₂⋅ M CO₂ = 0,2 ⋅ 44 = 8,8 г  

18. Найдем массу конечного раствора:
m_{конечн. р-ра} = m_р-ра Cu(NO₃)₂ + m_р-раNa₂CO₃ – 42 – m CO₂ = 470 + 212 – 42 – 8,8 = 631,2 г

19. Найдем массовую долю воды в конечном растворе:
ω H₂O = m H₂O / m_{конечн. р-ра} = 559,4 / 631,2 = 0,886 → 88,6%

Ответ: ω H₂O = 88,6%; m O₂ = 9,6 г

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