A) Hány gramm vízmentes CuSO4-ot kell 200 g vízben feloldani, hogy a meleg oldat 20 °C hőmérsékletűre való lehűtésekor ugyanannyi tömegű CuSO4 × 5 H2O váljon ki az oldatból, mint amennyi vízmentes vegyületet feloldottunk?

Az ismeretlen x g CuSO4-et 200 g meleg H2O-ban oldjuk:

CuSO4: x g

H2O: 200 g

A kiváló CuSO4•5H2O tömege ugyancsak x g, amelyben a moláris tömegekkel tömegtörteket képezve van:

CuSO4: (159,6 / 249,6) x g

H2O: (90 / 249,6) x g

A lehűtött 20 fokos oldatban így marad:

CuSO4: x - (159,6 / 249,6) x g

H2O: 200 - (90 / 249,6) x g

Ez megfelel az oldhatósági aránynak, így a két megfelelő hányados egyenlő:

20,6 / 100 = {x - (159,6 / 249,6) x} / {200 - (90 / 249,6) x}

4120 - 7,43 x = 100 x - 63,94 x

x = 94,7 g CuSO4-et kell feloldani.

Inert (ami nem reagál a rendszerrel) fémmel (például platina) végezve az elektrolízist először az összes réz kiválik és ennek megfelelő oxigén eltávozik:

Katód(-): 2 Cu2+ + 4 e- = 2 Cu

Anód(+): 2 H2O = O2 + 4 H+ + 4 e-

A 200 g 20 fokos telített oldatban van az oldhatóság alapján:

CuSO4:

20,6 / (100 + 20,6) = x / 200

x = 34,2 g

Cu: 63,5 / 159,6 = x / 34,2

x = 13,6 g

(H2O: 200 - 34,2 = 165,8 g – ez az adat most nem kell)

2 mol Cu kiválásához 4 mol e- kell, ezért Faraday II. törvényének egyenletében a Cu moláris tömegének kétszerese szerepel ha a töltésszám változás z = 4:

m(Cu) = {2 • M(Cu) / 4 F} I t

13,6 = (2 • 63,5 / 4 • 96500) • 10 t

t = 4134 s = 1,15 h

A 13,6 g réz kiválása alatt

32 / 2 • 63,5 = x / 13,6

x = 3,4 g O2 távozik az oldatból,

így az oldat tömege 200 - 13,6 - 3,4 = 183 g lesz.

Ezután vízbontás történik:

Katód(-): 4 H2O + 4 e- = 2 H2 + 4 OH-

Anód(+): 2 H2O = O2 + 4 H+ + 4 e-

Bruttó: 2 H2O = 2 H2 + O2

Az eredeti 200 g oldat tömege a felére kell csökkenjen, ezért 183 - 100 = 83 g vizet kell bontan és 1 mol H2O bontásához 2 mol e- kell:

m(H2O) = {M(H2O) / 2 F} I t

83 = (18 / 2 • 96500) • 10 t

t = 88994 s = 24,72 h

Összesen 1,15 + 24,72 = 25,87 h-t kell elektrolizálni.