Химия
8 класс
Вопрос
Для определения количественного состава сплава серебра с медью образец сплава массой 0,3725 г растворили в азотной кислоте. Выделяющиеся оксиды азота удалили из раствора, который разбавили водой и подвергли электролизу на платиновых электродах до полного выделения металлов из раствора. Электролизер был последовательно соединен с медным кулонометром. Убыль массы воды в кулонометре при этом составила 0,2313 г. (Электролиз проводился в условиях, полностью исключающих протекание на электродах побочных процессов.)
а. Напишите уравнения электродных процессов и укажите, в какой последовательности выделялись металлы.
б. Вычислите процентный (по массе) состав сплава.
Ответ
Растворение сплава в азотной кислоте
$Ag + 2HNO_3 = AgNO_3 + NO_2 + H_2O$,
$Cu + \underset {\: кислота \: концентрированная}{4HNO_3} = Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$,
$3Ag + 4HNO_3 = 3AgNO_3 + NO + 2H_2O$,
$3Cu + \underset {\: кислота \: разбавленная}{8HNO_3} = 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$.
При электролизе в соответствии с положением металлов в ряду напряжений сначала будет выделяться серебро
на катоде: $Ag^{+} + e = Ag^{0}$,
на аноде: $2H_2O - 4 e = 4H + O_2$
или в молекулярной форме
$4AgNO_3 + 2H_2O = 4Ag + 4HNO_3 + O_2$,
а затем из раствора будет осаждаться медь
на катоде: $Cu^{2+} + 2e = Cu^{\circ}$;
на аноде: $2H_2O - 4e = 4H + O_2$
или в молекулярной форме
$2Cu(NO_3)_2 + 2H_2O = 2Cu + 4HNO_3 + O_2$.
Если в сплаве содержалось $x$ г-экв меди ($Э = 31,77$) и $y$ г-экв серебра ($Э = 107,87$), то масса сплава
$31,77x + 107,87y = 0,3725$. (1)
В ходе электролиза в медном кулонометре подверглось разложению $(x+y)$ г-экв, убыль массы воды пропорциональна количеству выделившейся в кулонометре меди, отсюда
$x + y = \frac{0,2313}{31,77} = 0,0072804$. (2)
Решая систему алгебраических уравнений (1) и (2), получаем
$x = 0,005425$ г-экв, или $5,425 \cdot 10^{-3} \cdot 31,77 = 0,1723$ г, $Cu$,
$y = 0,001855$ г-экв, или $1,855 \cdot 10^{-3} \cdot 107,87 = 2,0009$ г, $Ag$,
что соответствует содержанию в сплаве 46,3 % меди и серебра - 53,7 %.