Przez elektrolizer zawierający 2 dm3 1-molowego roztworu siarczanu
(VI) miedzi (II), w którym zanurzone były elektrody platynowe, przepuszczono prąd elektryczny. Elektrolizę prowadzono do momentu, aż na jednej z elektrod otrzymano 11,2 dm3 gazu, odmierzonego w warunkach normalnych.
Oblicz stężenie molowe kationów miedzi Cu2+ w roztworze po elektrolizie (obliczeń dokonaj z dokładnością do 0,001 mol/dm3)
Zachodzi r-cja :
CuSO₄ --> Cu²⁺ + SO₄²⁻
Zgodnie z treścią zadania :
V(soli) = 2dm³
Cm(soli) = 1 mol/dm³
czyli :
n(soli) = Cm * V = 2 mole
Na podstawie proporcji :
1 mol CuSO₄ - 1 mol Cu²⁺
2 mole CuSO₄ - x moli Cu²⁺
x = 2 mole Cu²⁺
Kolejno :
Zachodzi elektroliza w wyniku której ma miejsce ukierunkowany ruch jonów - kationów do katody oraz anionów do anody (pamiętać należy, że reakcjom katodowym i anodowym, w przypadku soli, ulegają jedynie jony metali o elektroujemności niższej od cynku - nasza miedź spełnia ten warunek - oraz jony reszt kwasów beztlenowych - w naszym przypadku mamy do czynienia z resztą kwasu tlenowego, dlatego na anodzie zajdzie utlenianie wody a nie reszty kwasowej!) :
K(-) : Cu²⁺ + 2e --> Cu
A(+) : H₂O - 2e --> 2H⁺ + ½ O₂
Sumując r-cje anodową i katodową otrzymujemy :
Cu²⁺ + H₂O --> Cu + 2H⁺ + ½ O₂
W treści podano nam, iż powstało 11,2 dm³ tlenu, co stanowi dokładnie 0,5 mola (każdy 1 mol gazu w warunkach normalnych zajmuje objętość 22,4dm³)
Jak więc widzimy z tego równania :
1 mol Cu²⁺ - ½ mola O₂
y moli Cu²⁺ - ½ mola O₂ (identyczne równanie, ponieważ obliczamy, ile Cu²⁺ przereagowało na podstawie równania ogólnego...głupota, ale cóż :D)
y = 1 mol Cu²⁺
Wiemy więc teraz, iż w momencie przerwania elektrolizy przereagował dopiero 1 mol kationów miedzi, zaś na początku było ich 2 mole.
Tak więc po r-cji zostało : 2-1 = 1 mol Cu²⁺
Niestety to nie koniec ! :<
Stężenie molowe obliczamy oczywiście z równania :
Cm = n/V
Nie mamy jednak objętości ...
W wyniku elektrolizy na anodzie dochodzi do utlenienia wody (tzn. że zmniejsza się ilość wody w roztworze). Na podstawie reakcji widzimy, że na 1 mol jonów miedziowych przypada 1 mol wody - tak więc tyle jej ubyło
nH₂O = 1 mol
mH₂O = 1 mol * 18g/mol = 18g
Przyjmujemy odgórnie, że gęstość wody jest równa dH₂O = 1g/cm³
Stąd :
d = m/V ⇔ V = m/d
V = 18/1 = 18cm³
Przed reakcją mieliśmy 2dm³ r-ru, więc po r-cji pozostało 1,982dm³
I już finish :
Cm = n/V
Cm = 1/1,982 = 0,505 mol/dm³
Mam nadzieję, że gafy obliczeniowej nie zrobiłem... ;)