Через 640 г 15%-ного раствора сульфата меди (II) пропускали электрический ток до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 50 г. К образовавшемуся раствору добавили 400 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю воды в полученном растворе и массу газа, выделившегося на аноде.

Для решения задачи 34 (Вариант 11): 1. Найдём исходное количество сульфата меди(II) ($CuSO_4$): $m(CuSO_4) = 640 \cdot 0,15 = 96$ г. $n(CuSO_4) = 96 / 160 = 0,6$ моль. 2. Электролиз $CuSO_4$: $2CuSO_4 + 2H_2O \rightarrow 2Cu + O_2 + 2H_2SO_4$. Масса раствора уменьшилась на 50 г. Пусть проэлектролизовалось $x$ моль $CuSO_4$. Тогда ушло $x$ моль $Cu$ ($64x$ г) и $0,5x$ моль $O_2$ ($16x$ г). $64x + 16x = 50 \Rightarrow 80x = 50 \Rightarrow x = 0,625$ моль. Так как исходно было 0,6 моль $CuSO_4$, значит, проэлектролизовалось всё количество $CuSO_4$ (0,6 моль), а затем пошла вода ($2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2$). Масса $Cu$ = $0,6 \cdot 64 = 38,4$ г. Масса $O_2$ (от $CuSO_4$) = $0,6 / 2 \cdot 32 = 9,6$ г. Остаток массы раствора: $50 - 38,4 - 9,6 = 2$ г (это масса разложившейся воды $2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2$). $n(H_2O) = 2 / 18 = 1/9$ моль. $n(H_2, ext{выделившийся}) = 1/9$ моль, $n(O_2, ext{от воды}) = 1/18$ моль. Итого масса $O_2$ на аноде = $9,6 + (1/18 \cdot 32) = 9,6 + 1,78 = 11,38$ г. 3. Образовалось $H_2SO_4$ (от $CuSO_4$) = 0,6 моль. Добавляем $NaOH$: $n(NaOH) = 400 \cdot 0,2 / 40 = 2$ моль. Реакция: $H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$. $n(H_2SO_4) = 0,6$ моль. На нейтрализацию нужно $0,6 \cdot 2 = 1,2$ моль $NaOH$. Остаток $NaOH$ = $2 - 1,2 = 0,8$ моль (не нужно по вопросу, но для проверки). 4. Итоговый раствор: $m( ext{раствора}) = 640 - 50 + 400 = 990$ г. $m(H_2O) = m( ext{р-ра}) - m(Na_2SO_4) - m(NaOH ext{ ост}) = 990 - 0,6 \cdot 142 - 0,8 \cdot 40 = 990 - 85,2 - 32 = 872,8$ г. $\omega(H_2O) = 872,8 / 990 \approx 0,8816$ или 88,16%. Ответ: $\omega(H_2O) = 88,16\%$; $m(O_2) = 11,38$ г.