Какова массовая доля хлорида натрия в конечном растворе после проведения электролиза и нейтрализации? Начальный раствор

Для решения данной задачи нам необходимо выполнить несколько шагов. Давайте начнем с формулировки реакции, происходящей на катоде во время электролиза раствора хлорида натрия.

Уравнение реакции на катоде:
\[2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-\]

По данному уравнению, на каждый моль электронов выделяется один моль газа \(H_2\). Зная объем газа при нормальных условиях \((V = 16,8 \, \text{л})\) и применив закон Авогадро, мы сможем найти количество молей электронов, участвующих в реакции.

\[
n_{\text{эл}} = \frac{V}{V_m} = \frac{16,8}{22,4} = 0,75 \, \text{моль}
\]

Поскольку мы знаем, что на один моль электронов приходится один моль \(NaCl\), мы можем рассчитать количество молей \(NaCl\) в исходном растворе:

\[
n_{NaCl} = n_{\text{эл}} = 0,75 \, \text{моль}
\]

Теперь мы можем найти массу \(NaCl\) в исходном растворе, используя молярную массу \(NaCl\) (\(M_{NaCl} = 58,44 \, \text{г/моль}\)) и массовую долю исходного раствора (\(w_{\text{исх}} = 10\%\)):

\[
m_{\text{исх}} = n_{NaCl} \cdot M_{NaCl} = 0,75 \cdot 58,44 = 43,83 \, \text{г}
\]

Затем мы добавляем нужное количество 20%-го раствора серной кислоты (\(H_2SO_4\)) для нейтрализации конечного раствора после электролиза. Нам необходимо выразить количество \(HCl\) в конечном растворе, так как \(HCl\) будет реагировать с \(H_2SO_4\) по следующему уравнению реакции:

\[HCl + H_2SO_4 \rightarrow H_2O + NaHSO_4\]

Учитывая стехиометрию данной реакции (один эквивалент \(HCl\) реагирует с одним эквивалентом \(H_2SO_4\)), количество \(HCl\) в конечном растворе будет равно количеству \(HCl\) в исходном растворе.

Для рассчета массы \(H_2SO_4\), необходимой для нейтрализации конечного раствора после электролиза, мы можем использовать уравнение реакции. Поскольку 20%-й раствор серной кислоты содержит 20 г \(H_2SO_4\) в 100 г раствора, мы можем выразить массу \(H_2SO_4\) следующим образом:

\[
m_{H_2SO_4} = \left(\frac{m_{\text{исх}}}{100} \cdot \frac{100}{20}\right) \cdot 98,08 = 219,57 \, \text{г}
\]

Теперь мы можем рассчитать массовую долю \(NaCl\) в конечном растворе, используя общую массу конечного раствора (\(m_{\text{кон}} = m_{\text{исх}} + m_{H_2SO_4}\)):

\[
w_{NaCl} = \frac{m_{\text{исх}}}{m_{\text{кон}}} \cdot 100\% = \frac{43,83}{43,83 + 219,57} \cdot 100\% \approx 16,67\%
\]

Таким образом, массовая доля \(NaCl\) в конечном растворе после проведения электролиза и нейтрализации составляет примерно 16,67\%.