Химия

При сливании растворов химического взаимодействия не происходит. В растворе присутствуют и хлорид калия, и сульфат меди(II). Обе соли подвергаются электролизу. На катоде восстанавливаются сначала ионы меди и только после полного восстановления меди начинает восстанавливаться вода, а на аноде окисляются только хлорид-ионы:

Катод: $Cu^{2+} + 2 \bar{e} \rightarrow Cu; 2H_{2}O + 2 \bar{e} \rightarrow H_{2} \uparrow + 2OH^{-}$.
Анод: $2Cl^{-} - 2 \bar{e} \rightarrow Cl^{2} \uparrow$.

Суммарное уравнение электролиза $KCl$:

$2KCl + 2H_{2}O = H_{2} \uparrow + Cl_{2} \uparrow + 2KOH$.

Находим количество вещества сульфата меди(II) и хлорида калия в исходном растворе, а также количество вещества выделившихся хлора и меди:

$n(CuSO_{4}) = \frac{200 г \cdot 0,16}{160 г/моль} = 0,2 моль$,

отсюда $n(Cu) = n(CuSO_{4}) = 0,2 моль$;

$n(KCl) = \frac{200 г \cdot 0,298}{74,5 г/моль} = 0,8 моль$,

отсюда $n(Cl_{2}) = 0,4 моль$ (по уравнению электролиза).

Предположим, что обе соли разложились полностью. Первоначально при электролизе восстановлению подвергается 0,2 моль ионов меди, этому соответствует окисление на аноде 0,4 моль ионов хлора. Исходное количество ионов хлора - 0,8 моль, значит, 0,4 моль ионов хлора будут окисляться далее параллельно с восстановлением воды на катоде, после того как вся медь выделится. Количество вещества водорода, выделившегося при электролизе воды, будет в 2 раза меньше, чем ионов хлора (см. суммарное уравнение), т. е. 0,2 моль.

Определяем массы выделившихся хлора, меди и водорода:

$m(Cl_{2}) = 0,4 моль \cdot 71 г/моль = 28,4 г$;
$m(Cu) = 0,2 моль \cdot 64 г/моль = 12,8 г$;
$m(H_{2}) = 0,2 моль \cdot 2 г/моль = 0,4 г$.

Суммарная масса выделившихся продуктов:

$m(прод.) = 28,4 г + 12,8 г + 0,4 г = 41,6 г$.

Определяем массу раствора после электролиза по количеству вещества сульфат-ионов (NULL,2 моль):

$m(р-ра) = \frac{0,2 моль \cdot 96 г/моль}{0,0561} = 342,2 г$.

Изменение массы раствора:

$\Delta m(р-ра) = 400 г - 342,2 г = 57,8 г$, что превышает массу выделившихся продуктов (NULL,6 г), следовательно, электролизу подверглась дополнительно вода:

$2H_{2}O \overset{электролиз}{=} H_{2} \uparrow + O_{2} \uparrow$.

Находим массу и количество вещества воды, которая подверглась электролизу:

$m(H_{2}O) = 57,8 г - 41,6 г = 16,2 г$;
$n(H_{2}O) = \frac{16,2 г}{18 г/моль} = 0,9 моль$.

Находим количество вещества и массу кислорода и водорода, выделившихся при электролизе воды:

$n(O_{2}) = 0,5n(H_{2}O) = 0,45 моль$;
$m(O_{2}) = 0,45 моль \cdot 32 г/моль = 14,4 г$;
$n^{ \prime} (H_{2}) = n(H_{2}O) = 0,9 моль; m^{ \prime}(H_{2}) = 0,9 моль \cdot 2 г/моль = 1,8 г$.

Вычислим суммарную массу водорода:

$m_{c}(H_{2}) = 0,4 г + 1,8 г = 2,2 г$.

Ответ: $m(Cu) = 12,8 г; m(Cl_{2}) = 28,4 г; m(O_{2}) = 14,4 г; m_{c}(H_{2}) = 2,2 г$.