ЗАДАЧИ НА ЭЛЕКТРОЛИЗ

ЗАДАЧИ НА ЭЛЕКТРОЛИЗ

Чтобы решать такие задачи, необходимо уметь записывать суммарное (итоговое) уравнение реакции электролиза. Расчет по нему ведется так же, как и по обычному уравнению реакции. Кроме этого, в некоторых задачах требуется знание формулы     m  =  Э • It  :  96500   и  ее производных. (Э — эквивалент вещества, I — сила тока в ампер,  t — время пропускания тока в секундах).

Задача 106. При электролизе  раствора хлорида меди масса катода увеличилась на 8 г. Какой газ выделился и каковы его масса и объем? 

Решение. 

В этой реакции на катоде осаждается медь, т.е. увеличение массы катода – это и есть масса меди: 

n (Cu) = 8 г : 64 г/моль  =  0,125 моль 

 0,125        0,125 

CuCl2    →   Cu   +   Cl2 

m (Cl2)  =  71 г/моль  •  0,125 моль  =  8,875 г 

V (Cl2)  =  22,4 л/моль  •   0,125 моль  =  2,8 л 

Задача 107. При электролизе 472 г 16,95%-ного раствора нитрата калия на катоде выделилось количество водорода, достаточное для получения 256 г меди при восстановлении ее из оксида меди CuO. Вычислите массовую долю нитрата калия в растворе после электролиза. 

Решение. 

Для начала можно определить массу нитрата калия в растворе до электролиза: 

(KNO3) =  472 г • 16,95%  =  80 г. 

Так как нитрат калия – соль активного металла и кислородсодержащей кислоты, то при электролизе ее раствора будет разлагаться лишь вода. Определяем количества вещества меди и водорода, нужного для восстановления ее из оксида: 

n (Cu)  =  256 г : 64 г/моль  =  4 моль 

CuO  +  H2  →  Cu  +  H2O 

Этот водород выделился при  электролизе  4 моль воды: 

4 моль       4 моль 

2О   →   2Н2  +  О2 

Масса разложившейся воды составит 18 г/моль  •  4 моль  =  72 г .

Следовательно,  масса исходного раствора уменьшится на 72 г, но масса растворенного нитрата калия в нем останется неизменной, так как сама соль током не разлагается: 

 m р-ра2  =  m р-ра1   —    m воды  =  472 г  —  72 г  =  400 г 

ω 2 (KNO3)    =  m рв : m р-ра2    = 80 г  : 400 г  =  0,2  =   20% 

Задача 108. Через два последовательно соединенных электролизера, заполненных 74,1 мл 18%-ного раствора сульфата меди (плотность 1,2 г/мл) и 75 мл 26%-ного раствора хлорида натрия (плотность 1,2 г/мл),  пропустили постоянный ток. По окончании электролиза полученные растворы слили из электролизеров в один сосуд. Что образовалось в этом сосуде и какой массы? Рассчитайте количества продуктов электролиза в первом и втором электролизерах. 

Решение. 

Находим массы растворов, а затем массы растворенных веществ и их количества в каждом электролизере: 

m (CuSO4) = 16 г,     n (CuSO4) = 16 г : 160 г/моль  = 0,1 моль 

m (NaCl)  =  23,4 г,      n (NaCl)  = 23,4 г : 58,5 г/моль  =  0,1 моль 

Далее легко определить количества вещества продуктов в обоих электролизерах: 

 0,1                                0,1             0,05               0,1  

2CuSO4  +  2H2O   →  2Cu  +         O2  +         2H2SO4 

0,4                            0,2         0,2               0,4  

2NaCl  +  2H2O  →   H2  +    Cl2  +       2NaOH 

Таким образом, в общий сосуд будут слиты растворы, содержащие 0,1 моль серной кислоты и 0,4 моль гидроксида натрия.  Других растворимых в воде веществ в ходе реакции получено не было. Так как щелочь находится в большом избытке по отношению к кислоте, то в результате реакции образуется  средняя соль:  

0,2                    0,1                       0,1  

2NaOH  +       H2SO4  →        Na2SO4  +  2H2O 

Неизрасходованный остаток щелочи составит 0,2 моль •  40 г/моль  =  8 г 

Задача 109.  Ток силой 2,234 А пропустили в течение 12 часов через последовательно соединенные электролизеры с раствором нитрата серебра и сульфата меди. Какие вещества и какой массы выделились на электродах? 

Решение. 

Процесс электролиза протекал так: 

4AgNO3  +  2H2O  →   4Ag  +  O2  +  4HNO3 

2CuSO4  +  2H2O   →  2Cu  +   O2  +  2H2SO4    

На катодах осаждались металлы, на анодах выделялся кислород.   

Далее идет расчет масс металлов  по формуле  m  =  Э • It :  96500   

Здесь  Э –   эквивалент  металла, I   — сила тока в амперах, а t – время в секундах. 

Э (Ag)  =  108 : 1  =  108 г 

Э (Сu)  =  64 : 2  =  32 г/моль. 

m (Ag)  =  108 • 2,234 • 12 • 3600 : 96500  =  108 г  (1 моль) 

m (Cu)  =  32 • 2,234 • 12 • 3600 : 96500  = 32 г   (0,5 моль) 

Далее по уравнениям реакций легко находится  количество вещества кислорода и его масса:

                                          1      0,25    

4AgNO3  +  2H2O  →   4Ag  +  O2  +  4HNO3

                                      0,5         0,25  

2CuSO4  +  2H2O   →  2Cu  +   O2  +  2H2SO4    

Задача 110.     Водный раствор гидроксида натрия подвергали электролизу током 10 А в течение 268 часов. После окончания электролиза осталось 100 г 24%-ного раствора NaOH. Определите концентрацию щелочи в  исходном растворе. 

Решение. 

Масса гидроксида натрия после реакции составляет 100 г  •  24%  =  24 г.  

В процессе электролиза  гидроксид натрия не участвовал, поэтому разлагалась только вода: 

2H2O      2H2  +  O2 

Э (H2) =  2 : 2  =  1 

Количество разложившейся воды можно определить по массам водорода или кислорода, образовавшимся на электродах: 

m (H2)  =  Э • It :  96500  =  1 • 10 • 268 • 3600 :  96500  =   100 г 

n (H2)  =  100 г  :  2 г/моль  =  50 моль 

Следовательно, разложилось 50 моль воды, по массе это составляет 18 г/моль • 50 моль  =  900 г.  Таким образом, до начала электролиза масса раствора составляла 1000 г, и в нем было растворено 24 г гидроксида натрия. Отсюда:  

ω1 (NaOH)  =  24 г  :  1000 г  =  0,024   =  2,4% 

Была ли вам полезна эта статья? Поделитесь, пожалуйста.

Обновлено: 15.03.2019 — 16:09

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *