Какие продукты выделяются при электролизе раствора нитрата серебра

Полный курс химии вы можете найти на моем сайте CHEMEGE.RU. Чтобы получать актуальные материалы и новости ЕГЭ по химии, вступайте в мою группу в ВКонтакте или на Facebook. Если вы хотите подготовиться к ЕГЭ по химии на высокие баллы, приглашаю на онлайн-курс “40 шагов к 100 баллам на ЕГЭ по химии“.

При электролизе расплавов или водных растворов солей протекают окислительно-восстановительные реакции на электродах (аноде и катоде). В статье рассмотрены расчетные задачи, в которых основной химической реакцией является электролиз – основные приемы и типы решения таких задач.

Какие именно процессы протекают при электролизе и как составлять уравнения химических реакций, протекающих при электролизе, вы можете узнать из статьи.

При решении задач на электролиз необходимо учитывать, что растворенное вещество может подвергнуться электролизу не полностью. Если вещество полностью разложилось под действием тока, далее может протекать электролиз воды по уравнению:

2H₂O → O₂ + 2H₂

При действии тока на растворы некоторых веществ (например, соли активных металлов и кислородсодержащих кислот, щелочи, кислородсодержащие кислоты) количество этих веществ фактически не меняется, т.к. протекающие на катоде и аноде процессы приводят к электролизу воды.

Электролиза с растворимыми электродами или электролиза растворов, в которых содержится несколько растворенных веществ, в ЕГЭ по химии пока нет.

Давайте рассмотрим несколько простых задач на электролиз, а затем перейдем к более сложным.

1. Провели электролиз водного раствора нитрата серебра с инертным анодом. Масса восстановленного на катоде серебра оказалась равной 2,16 г. Какой объём газа (н.у.) выделился на аноде? Вычислите массовую долю кислоты в полученном растворе, если масса раствора 250 г.

Решение и ответ:

Запишем уравнение электролиза раствора нитрата серебра:

4AgNO₃ + 2H₂O → 4Ag + 4HNO₃ + O₂

Количество вещества серебра, образовавшегося на катоде:

n(Ag) = m/M = 2,16 г/107 г/моль = 0,02 моль

На аноде выделился кислород. Количество кислорода можем определить из количества серебра по уравнению реакции:

n(O₂) = 1/4·n(Ag) = 1/4 · 0,02 = 0,005 моль

Объем кислорода:

V(O₂) = n·Vm = 0,005·22,4 = 0,112 л

Количество вещества азотной кислоты:

n(HNO₃) = n(Ag) = 0,02 моль

m(HNO₃) = n·M = 0,02 моль·63 г/моль = 1,26 г

Массовая доля азотной кислоты в полученном растворе:

ω(HNO₃) = m(HNO₃)/*mр-ра = 1,26/250 = 0,005 = 0,5%

Ответ: V(O₂) = 0,112 л, ω(HNO₃) = 0,5%

2. Провели полный электролиз 200 г раствора хлорида калия с ω(KCl) = 7,45%. К полученному раствору добавили 50 г раствора фосфорной кислоты с ω(H₃PO₄) = 19,6%. Определите формулу образовавшейся при этом соли.

Решение и ответ:

Запишем уравнение электролиза раствора хлорида калия:

2KCl + 2H₂O → 2KOH + Cl₂ + H₂

При полном электролизе вступит в реакцию весь хлорид калия. Определим массу и количество вещества хлорида калия:

m(KCl) = mр-ра(KCl) ·ω(KCl) = 200 г · 0,075 = 14,9 г

n(KCl) = m/M =14,9 г / 74,5 г/моль = 0,2 моль

Определим количество образовавшейся щелочи:

n(KOH) = n(KCl) = 0,2 моль

Определим количество фосфорной кислоты:

m(H₃PO₄) = mр-ра(H₃PO₄) ·ω(H₃PO₄) = 50 г · 0,196 = 9,8 г

n(H₃PO₄) = m/M =9,8 г / 98 г/моль = 0,1 моль

При взаимодействии фосфорной кислоты с щелочью возможно образование трех типов солей:

H₃PO₄ + KOH → KH₂PO₄ + H₂O

H₃PO₄ + 2KOH → K₂HPO₄ + 2H₂O

H₃PO₄ + 3KOH → K₃PO₄ + 3H₂O

При соотношении кислоты и щелочи n(H₃PO₄):n(KOH) = 0,1:0,2 или 1:2 протекает вторая реакция и образуется гидрофосфат калия. Количество вещества гидрофосфата калия равно:

n(K₂HPO₄) = n(H₃PO₄) = 0,1 моль

Ответ: K₂HPO₄

3. В процессе электролиза 500 мл раствора гидроксида натрия с ω(NaОН) = 4,6% (ρ = 1,05 г/мл) массовая доля NaОН в растворе увеличилась до 10%. Вычислите объёмы газов (н.у.), выделившихся на электродах.

Решение и ответ:

Уравнение реакции, которая протекает при электролизе раствора гидроксида натрия:

2H₂O → O₂ + 2H₂

Фактически, на катоде восстанавливается водород, на аноде окисляется кислород. Количество щелочи в растворе при этом не изменяется. Определим количество щелочи:

mр-ра(NaOH) = Vр-ра(NaOH) ·ρ(NaOH) = 500 мл · 1,05 г/мл = 525 г

m(NaOH) = mр-ра(NaOH) ·ω(NaOH) = 525 г · 0,046 = 24,15 г

n(NaOH) = m/M =24,15 г / 40 г/моль = 0,604 моль

За счет чего же меняется массовая доля? Все очень просто – за счет электролиза воды. Зная, что масса гидроксида натрия не изменилась, найдем массу конечного раствора:

mр-ра,₂(NaOH) = m(NaOH) / ω(NaOH) = 24,15 г / 0,1 = 241,5 г

Количество воды, которая подверглась электролизу:

m(H₂O) = mр-ра,1(NaOH) – mр-ра,₂ (NaOH) = 525 – 241,5 = 283,5 г

n(H₂O) = m/M =283,15 г / 18 г/моль = 15,75 моль

Из уравнения электролиза определим количество вещества водорода и кислорода и их массу:

n(H₂) = n(H2O) = 15,75 моль

V(H₂) = n·Vm =15,75 моль · 22,4 л/моль = 352,8 л

n(О₂) = 1/2·n(H2O) = 7,875 моль

V(O₂) = n·Vm = 7,875 моль · 22,4 л/моль = 176,4 л

Ответ: V(H₂) = 352,8 л, V(O₂) = 176,4 л

Задачи на электролиз встретились в ЕГЭ по химии в 2018 году. Вот одна из задач реального экзамена по химии:

4. При проведении электролиза 500 г 16% раствора сульфата меди (II) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 1,12 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.

Решение.

Во-первых, составляем уравнение реакции электролиза раствора сульфата меди. Как это делать, подробно описано в статье Электролиз.

2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + 2H₂SO₄ + O₂

Находим массу чистого сульфата меди:

m(CuSO₄) = mраствора*ω(CuSO₄) = 500*0,16 = 80 г

Количество вещества сульфата меди:

n(CuSO₄) = m/M = 80/160 = 0,5 моль

Видно, что на аноде должно выделиться 0,25 моль газа, или 5,6 л.

Однако, в условии сказано, что выделилось только 1,12 л газа. Следовательно, сульфат меди прореагировал не полностью, а только частично.

Находим количество и массу кислорода, который выделился на аноде:

n(O₂) = V/Vm = 1,12/22,4 = 0,05 моль,

m(O₂) = n*M = 0,05*32 = 1,6 г.

Следовательно, в электролиз вступило 0,1 моль сульфата меди.

В растворе осталось 0,4 моль сульфата меди. При этом образовалось 0,1 моль серной кислоты массой 9,8 г и 0,1 моль меди выпало в осадок (масса меди 6,4 г).

При этом масса полученного раствора после электролиза mр-ра₂ равна:

mр-ра₂ = 500 – 1,6 – 6,4 = 492 г

Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. При этом количество растворенных веществ поменялось. Зато не поменялась их массовая доля.

Найдем массовую долю сульфата меди ω(CuSO₄)₂ и серной кислоты ω(H₂SO₄) в растворе, который остался после электролиза:

m(CuSO₄)ост = n*M = 0,4*160 = 64 г

ω(CuSO₄)₂ = m(CuSO₄)₂/*mр-ра₂ = 64/492 = 0,13 = 13%

ω(H₂SO₄) = m(H₂SO₄)/*mр-ра₂ = 9,8/492 = 0,02 = 2%

Найдем массу и количество серной кислоты и массу сульфата меди в порции массой mр-ра3 = 98,4 г, которую мы отобрали:

m(CuSO₄)3 = ω(CuSO₄)₂ *mр-ра3 = 0,13*98,4 = 12,79 г

m(H₂SO₄)₂ = ω(H₂SO₄)*mр-ра3 = 0,02*98,4 = 1,97 г

n(CuSO₄) = m/M = 12,79/160 = 0,08 моль

n(H₂SO₄) = m/M = 1,97/98 = 0,02 моль

Чтобы осадить ионы меди, гидроксид натрия должен прореагировать и с серной кислотой в растворе, и с сульфатом меди:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + 2H₂O

В первой реакции израсходуется 0,04 моль гидроксида натрия, во второй реакции 0,16 моль гидроксида натрия. Всего потребуется 0,2 моль гидроксида натрия. Или 8 г чистого NaOH, что соответствует 40 г 20%-ного раствора.

Ответ: mр-ра = 40 г.

Задача из досрочного ЕГЭ по химии-2020 на электролиз:

5. Через 640 г 15%-ного раствора сульфата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 11,2 л (н.у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили 665,6 г 25%-ного раствора хлорида бария. Определите массовую долю хлорида бария в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Решение и ответ:

Уравнения реакций:

2CuSO₄ + 2H2O = 2Cu↓ + 2H2SO₄ + O2↑ (электролиз)

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl

Количество вещества реагентов и масса продуктов реакций:

m(CuSO₄) = 640 · 0,15 = 96 г
n(CuSO₄) = 96 / 160 = 0,6 моль
n(O₂) = 11,2 / 22,4 = 0,5 моль
n(Cu) = n(CuSO₄) = 0,6 моль
m(Cu) = 0,6 · 64 = 38,4 г
n(H₂SO₄) = n(CuSO₄) = 0,6 моль

При электролизе сульфата меди может выделится максимальное количество кислорода:

n(O₂ [1]) = 0,5n(CuSO₄) = 0,3 моль

Однако, по условию, на аноде всего выделилось 0,5 моль газа. Следовательно, дальше протекает электролиз воды:

2H₂O → O₂ + 2H₂ (электролиз)

Количество кислорода ,который выделится при электролизе воды:
n(O₂ [2]) = 0,5 – 0,3 = 0,2 моль

Отсюда можно найти массу воды, которая разложилась под действием тока:
n(H₂O прореаг.) = 2n(O₂ [2]) = 0,4 моль
m(H₂O прореаг.) = 0,4 · 18 = 7,2 г
m(O₂ [1]) = 32 · 0,3 = 9,6 г

m(BaCl₂) = 665,6 · 0,25 = 166,4 г
n(BaCl₂) = 166,4 / 208 = 0,8 моль
n(BaCl₂ прореаг.) = n(H₂SO₄) = 0,6 моль
n(BaCl₂ осталось) = 0,8 – 0,6 = 0,2 моль
m(BaCl₂ осталось) = 0,2 · 208 = 41,6 г
n(BaSO₄) = n(BaCl₂ прореаг.) = 0,6 моль
m(BaSO₄) = 0,6 · 233 = 139,8 г

Массовая доля хлорида бария в растворе:

m(р-ра) = 640 + 665,6 – 38,4 – 7,2 – 139,8 – 9,6 = 1110,6 г
ω(BaCl₂) = 41,6 / 1110,6 = 0,037, или 3,7 %

Ответ: ω(BaCl₂) = 3,7 %

Еще больше задач на электролиз вы можете найти в моей статье.

Источник

Электролиз – это окислительно –
восстановительные реакции, протекающие на электродах, если через расплав или раствор электролита
пропускают постоянный электрический ток.

Катод – восстановитель, отдаёт
электроны катионам.

Анод – окислитель, принимает
электроны от анионов.

Ряд активности катионов:

Na+,
Mg2+, Al3+, Zn2+, Ni2+, Sn2+,
Pb2+, H+, Cu2+, Ag+

_____________________________→

Усиление окислительной способности

Ряд активности анионов:

I-,
Br-, Cl-, OH-, NO3-, CO32-,
SO42-

←__________________________________

Возрастание восстановительной
способности

Процессы, протекающие
на электродах при электролизе расплавов

(не зависят от материала электродов и природы ионов).

1. На аноде разряжаются анионы (Am-; OH-), превращаясь в нейтральные атомы или молекулы:

Am- – mē → A°; 4OH- – 4ē → O2↑ + 2H2O (процессы окисления).

2. На катоде разряжаются катионы (Men+, H+), превращаясь в нейтральные атомы или молекулы:

Men+ + nē → Me° ; 2H+ + 2ē → H20↑ (процессы восстановления).

Процессы, протекающие на
электродах при электролизе растворов

КАТОД (-)

Не зависят от материала катода; зависят от положения
металла в ряду напряжений

АНОД (+)

Зависят от
материала анода и природы анионов.

Анод нерастворимый (инертный), т.е. изготовлен из угля, графита, платины, золота.

Анод растворимый (активный), т.е. изготовлен из Cu, Ag, Zn, Ni, Fe и др. металлов (кроме Pt, Au)

1.В первую очередь восстанавливаются катионы металлов,
стоящие в ряду напряжений после H2:

Men+
+nē → Me°

1.В первую очередь окисляются анионы бескислородных кислот
(кроме F– ):

Am-
– mē → A°

Анионы не окисляются.

Идёт окисление атомов металла анода:

Me° – nē → Men+

Катионы Men+ переходят в раствор.

Масса анода уменьшается.

2.Катионы металлов средней активности, стоящие между Al иH2, восстанавливаются одновременно с
водой:

Men+
+ nē →Me°

2H2O + 2ē → H2↑ +
2OH-

2.Анионы оксокислот (SO42-, CO32-,..) и F– не окисляются, идёт окисление молекул
H2O:

2H2O
–
4ē → O2↑ +4H+

3.Катионы активных металлов от Li до Al (включительно) не
восстанавливаются, а восстанавливаются молекулы H2O:

2H2O + 2ē →H2↑
+ 2OH-

3.При электролизе растворов щелочей окисляются ионы OH-:

4OH-
– 4ē → O2↑ +2H2O

4.При электролизе растворов кислот восстанавливаются
катионы H+:

2H
+ + 2ē → H20↑

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВОВ

Задание 1. Составьте схему электролиза
расплава бромида натрия. (Алгоритм 1.)

Последовательность действий	Выполнение действий
1.Составить уравнение диссоциации соли	NaBr → Na+ + Br-
2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам	K- (катод): Na+, A+ (анод): Br-
3.Составить схемы процессов окисления и восстановления	K+: Na+ + 1ē → Na0 (восстановление), A+ : 2Br- – 2ē →Br20 (окисление).
4.Составить уравнение электролиза расплава соли	2NaBr = 2Na +Br2

Задание 2. Составьте схему электролиза
расплава гидроксида натрия. (Алгоритм
2.)

Последовательность действий	Выполнение действий
1.Составить уравнение диссоциации щёлочи	NaOH → Na+ + OH-
2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам	K-(катод): Na+, A+ (анод): OH-.
3.Составить схемы процессов окисления и восстановления	K-: Na+ + 1ē → Na0 (восстановление), A+: 4OH- – 4ē → 2H2O + O2↑ (окисление).
4.Составить уравнение электролиза расплава щёлочи	4NaOH = 4Na + 2H2O + O2↑

Задание 3. Составьте схему электролиза расплава
сульфата натрия. (Алгоритм 3.)

Последовательность действий	Выполнение действий
1.Составить уравнение диссоциации соли	Na2SO4 → 2Na+ + SO42-
2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам	K-(катод): Na+ A+(анод): SO42-
3.Составить схемы процессов восстановления и окисления	K-: Na+ + 1ē → Na0, A+: 2SO42- – 4ē → 2SO3↑ + O2↑
4.Составить уравнение электролиза расплава соли	2Na2SO4 = 4Na + 2SO3↑ + O2↑

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСТВОРОВ

Задание 1. Составить схему электролиза водного
раствора хлорида натрия с использованием инертных электродов. (Алгоритм 1.)

Последовательность действий	Выполнение действий
1.Составить уравнение диссоциации соли	NaCl → Na+ + Cl-
2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах	Ионы натрия в растворе не восстанавливаются, поэтому идёт восстановление воды. Ионы хлора окисляются.
3.Составить схемы процессов восстановления и окисления	K-: 2H2O + 2ē → H2↑ + 2OH- A+: 2Cl- – 2ē → Cl2↑
4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли	2NaCl + 2H2O = H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH

Задание 2. Составить схему электролиза водного
раствора сульфата меди (II) с использованием инертных электродов. (Алгоритм 2.)

Последовательность действий	Выполнение действий
1.Составить уравнение диссоциации соли	CuSO4 → Cu2+ + SO42-
2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах	На катоде восстанавливаются ионы меди. На аноде в водном растворе сульфат-ионы не окисляются, поэтому окисляется вода.
3.Составить схемы процессов восстановления и окисления	K-: Cu2+ + 2ē → Cu0 A+: 2H2O – 4ē → O2↑ +4H+
4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли	2CuSO4 +2H2O = 2Cu + O2↑ + 2H2SO4

Задание 3. Составить схему электролиза водного
раствора водного раствора гидроксида натрия с использованием инертных электродов. (Алгоритм 3.)

Последовательность действий	Выполнение действий
1.Составить уравнение диссоциации щёлочи	NaOH → Na+ + OH-
2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах	Ионы натрия не могут восстанавливаться, поэтому на катоде идёт восстановление воды. На аноде окисляются гидроксид-ионы.
3.Составить схемы процессов восстановления и окисления	K-: 2H2O + 2ē → H2↑ + 2OH- A+: 4OH- – 4ē → 2H2O + O2↑
4.Составить уравнение электролиза водного раствора щёлочи	2H2O = 2H2 ↑+ O2↑, т.е. электролиз водного раствора щёлочи сводится к электролизу воды.

Запомнить. При электролизе кислородсодержащих кислот (H2SO4и др.) , оснований (NaOH, Ca(OH)2 и др.), солей активных металлов и кислородсодержащих кислот (K2SO4
и др.) на электродах протекает электролиз воды: 2H2O = 2H2 ↑+ O2↑

Задание 4. Составить схему электролиза водного
раствора нитрата серебра с использованием анода, изготовленного из серебра,
т.е. анод – растворимый. (Алгоритм 4.)

Последовательность действий	Выполнение действий
1.Составить уравнение диссоциации соли	AgNO3 → Ag+ + NO3-
2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах	На катоде восстанавливаются ионы серебра, серебряный анод растворяется.
3.Составить схемы процессов восстановления и окисления	K-: Ag+ + 1ē→ Ag0; A+: Ag0 – 1ē→ Ag+
4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли	Ag+ + Ag0 = Ag0 + Ag+ электролиз сводится к переносу серебра с анода на катод.

Источник

При электролизе расплавов или водных растворов солей протекают окислительно-восстановительные реакции на электродах (аноде и катоде). В статье рассмотрены расчетные задачи, в которых основной химической реакцией является электролиз — основные приемы и типы решения таких задач.

При решении задач на электролиз необходимо учитывать, что растворенное вещество может подвергнуться электролизу не полностью. Если вещество полностью разложилось под действием тока, далее может протекать электролиз воды по уравнению:

2H2O → O2 + 2H2

Решение и ответ:

Запишем уравнение электролиза раствора нитрата серебра:

4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + O2

Количество вещества серебра, образовавшегося на катоде:

n(Ag) = m/M = 2,16 г/108 г/моль = 0,02 моль

n(O2) = 1/4·n(Ag) = 1/4 · 0,02 = 0,005 моль

Объем кислорода:

V(O2) = n·Vm = 0,005·22,4 = 0,112 л

Количество вещества азотной кислоты:

n(HNO3) = n(Ag) = 0,02 моль

m(HNO3) = n·M = 0,02 моль·63 г/моль = 1,26 г

Массовая доля азотной кислоты в полученном растворе:

ω(HNO3) = m(HNO3)/*mр-ра = 1,26/250 = 0,005 = 0,5%

Ответ: V(O2) = 0,112 л, ω(HNO3) = 0,5%

2. Провели полный электролиз 200 г раствора хлорида калия с ω(KCl) = 7,45%. К полученному раствору добавили 50 г раствора фосфорной кислоты с ω(H3PO4) = 19,6%. Определите формулу образовавшейся при этом соли.

Решение и ответ:

Запишем уравнение электролиза раствора хлорида калия:

2KCl + 2H2O → 2KOH + Cl2 + H2

m(KCl) = mр-ра(KCl) ·ω(KCl) = 200 г · 0,075 = 14,9 г

n(KCl) = m/M =14,9 г / 74,5 г/моль = 0,2 моль

Определим количество образовавшейся щелочи:

n(KOH) = n(KCl) = 0,2 моль

Определим количество фосфорной кислоты:

m(H3PO4) = mр-ра(H3PO4) ·ω(H3PO4) = 50 г · 0,196 = 9,8 г

n(H3PO4) = m/M =9,8 г / 98 г/моль = 0,1 моль

При взаимодействии фосфорной кислоты с щелочью возможно образование трех типов солей:

H3PO4 + KOH → KH2PO4 + H2O

H3PO4 + 2KOH → K2HPO4 + 2H2O

H3PO4 + 3KOH → K3PO4 + 3H2O

При соотношении кислоты и щелочи n(H3PO4):n(KOH) = 0,1:0,2 или 1:2 протекает вторая реакция и образуется гидрофосфат калия. Количество вещества гидрофосфата калия равно:

n(K2HPO4) = n(H3PO4) = 0,1 моль

Ответ: K2HPO4

Решение и ответ:

Уравнение реакции, которая протекает при электролизе раствора гидроксида натрия:

2H2O → O2 + 2H2

mр-ра(NaOH) = Vр-ра(NaOH) ·ρ(NaOH) = 500 мл · 1,05 г/мл = 525 г

m(NaOH) = mр-ра(NaOH) ·ω(NaOH) = 525 г · 0,046 = 24,15 г

n(NaOH) = m/M =24,15 г / 40 г/моль = 0,604 моль

За счет чего же меняется массовая доля? Все очень просто — за счет электролиза воды. Зная, что масса гидроксида натрия не изменилась, найдем массу конечного раствора:

mр-ра,2(NaOH) = m(NaOH) / ω(NaOH) = 24,15 г / 0,1 = 241,5 г

Количество воды, которая подверглась электролизу:

m(H2O) = mр-ра,1(NaOH) – mр-ра,2(NaOH) = 525 – 241,5 = 283,5 г

n(H2O) = m/M =283,15 г / 18 г/моль = 15,75 моль

Из уравнения электролиза определим количество вещества водорода и кислорода и их массу:

n(H2) = n(H2O) = 15,75 моль

V(H2) = n·Vm =15,75 моль · 22,4 л/моль = 352,8 л

n(О2) = 1/2·n(H2O) = 7,875 моль

V(O2) = n·Vm = 7,875 моль · 22,4 л/моль = 176,4 л

Ответ: V(H2) = 352,8 л, V(O2) = 176,4 л

4. При электролизе (с инертным анодом) 235 г раствора нитрата меди (II) с ω(Cu(NO3)2) = 20% на катоде выделилось 9,6 г металла. Вычислите объём газа (н.у.), выделившегося на аноде, и массовые доли кислоты и соли в оставшемся растворе.

5.При электролизе раствора хлорида натрия на катоде выделилось 13,44 л водорода (н.у.). Хлор, выделившийся на аноде, поглотили горячим раствором гидроксида калия. Рассчитайте количества солей – хлорида калия и хлората калия, − образовавшихся в растворе в результате реакции.

6. В результате электролиза раствора хлорида натрия получили раствор, содержащий 20 г гидроксида натрия. Газ, выделившийся на аноде, полностью прореагировал с 500 мл раствора йодида калия. Рассчитайте объём газа (н.у.) и
массовую долю йодида калия в и.

7. При электролизе 200 г раствора хлорида натрия с массовой долей соли 17,55% из раствора выделилось 3,36 л хлора (н.у.). Определите массовые доли веществ в растворе после прекращения электролиза.

8. При проведении электролиза 500 г 16% раствора сульфата меди (II) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 1,12 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.

Решение.

2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2

Находим массу чистого сульфата меди:

m(CuSO4) = mраствора*ω(CuSO4) = 500*0,16 = 80 г

Количество вещества сульфата меди:

n(CuSO4) = m/M = 80/160 = 0,5 моль

Видно, что на аноде должно выделиться 0,25 моль газа, или 5,6 л.

Находим количество и массу кислорода, который выделился на аноде:

n(O2) = V/Vm = 1,12/22,4 = 0,05 моль,

m(O2) = n*M = 0,05*32 = 1,6 г.

Следовательно, в электролиз вступило 0,1 моль сульфата меди.

При этом масса полученного раствора после электролиза mр-ра2 равна:

mр-ра2= 500 – 1,6 – 6,4 = 492 г

Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. При этом количество растворенных веществ поменялось. Зато не поменялась их массовая доля. Найдем массовую долю сульфата меди ω(CuSO4)2 и серной кислоты ω(H2SO4) в растворе, который остался после электролиза:

m(CuSO4)ост = n*M = 0,4*160 = 64 г

ω(CuSO4)2 = m(CuSO4)2/*mр-ра2 = 64/492 = 0,13 = 13%

ω(H2SO4) = m(H2SO4)/*mр-ра2 = 9,8/492 = 0,02 = 2%

m(CuSO4)3 = ω(CuSO4)2*mр-ра3 = 0,13*98,4 = 12,79 г

m(H2SO4)2 = ω(H2SO4)*mр-ра3 = 0,02*98,4 = 1,97 г

n(CuSO4) = m/M = 12,79/160 = 0,08 моль

n(H2SO4) = m/M = 1,97/98 = 0,02 моль

H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O

CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2H2O

Ответ: масса раствора 40 г.

Задача из досрочного ЕГЭ по химии-2020 на электролиз:

9. Через 640 г 15%-ного раствора сульфата меди(II) пропускали электрический ток до тех пор, пока на аноде не выделилось 11,2 л (н.у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили 665,6 г 25%-ного раствора хлорида
бария. Определите массовую долю хлорида бария в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения
искомых физических величин).

Решение и ответ:

Уравнения реакций:

2CuSO4 + 2H2O = 2Cu↓ + 2H2SO4 + O2↑ (электролиз)
2H2O = 2H2↑ + O2↑ (электролиз)
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HCl

Количество вещества реагентов и масса продуктов реакций:

m(CuSO4) = 640 · 0,15 = 96 г n(CuSO4 ) = 96 / 160 = 0,6 моль

n(O2) = 11,2 / 22,4 = 0,5 моль

n(Cu) = n(CuSO4) = 0,6 моль

m(Cu) = 0,6 · 64 = 38,4 г

n(H2SO4) = n(CuSO4 ) = 0,6 моль

n(O2 [1]) = 0,5n(CuSO4) = 0,3 моль

n(O2 [2]) = 0,5 – 0,3 = 0,2 моль

n(H2O прореаг.) = 2n(O2 [2]) = 0,4 моль

m(H2O прореаг.) = 0,4 · 18 = 7,2 г

m(O2 [1]) = 32 · 0,3 = 9,6 г

m(BaCl2) = 665,6 · 0,25 = 166,4 г

n(BaCl2) = 166,4 / 208 = 0,8 моль

n(BaCl2 прореаг.) = n(H2SO4) = 0,6 моль

n(BaCl2 осталось) = 0,8 – 0,6 = 0,2 моль

m(BaCl2 осталось) = 0,2 · 208 = 41,6 г

n(BaSO4) = n(BaCl2 прореаг.) = 0,6 моль

m(BaSO4) = 0,6 · 233 = 139,8 г

Массовая доля хлорида бария в растворе:

m(р-ра) = 640 + 665,6 – 38,4 – 7,2 – 139,8 – 9,6 = 1110,6 г
ω(BaCl2) = 41,6 / 1110,6 = 0,037, или 3,7 %

Ответ: ω(BaCl2) = 3,7 %

10. В результате электролиза раствора хлорида натрия получили раствор, содержащий 20 г гидроксида натрия. Газ, выделившийся на аноде, полностью прореагировал с 500 мл раствора иодида калия. Рассчитайте объём газа (н.у.) и
молярную концентрацию использованного раствора иодида калия.

11. При электролизе 200 г раствора гидроксида натрия с ω(NaОН) = 4% на аноде выделилось 44,8 л (н.у.) кислорода. Какой объём водорода выделился на катоде, и какой стала массовая доля NaOH в растворе после электролиза?

12. При электролизе 200 г раствора хлорида натрия с массовой долей соли 17,55% из раствора выделилось 3,36 л хлора (н.у.). Определите массовые доли веществ в растворе после прекращения электролиза.

13. При электролизе (с инертным анодом) 235 г раствора нитрата меди(II) с ω(Cu(NO3)2) = 20% на катоде выделилось 9,6 г металла. Вычислите объём газа (н.у.), выделившегося на аноде, и массовые доли кислоты и соли в оставшемся
растворе.

14. При электролизе 900г 3%-ного раствора нитрата натрия на аноде выделилось 90л (н.у.) кислорода. Определите массовую долю нитрата натрия в растворе после окончания электролиза.

15. Какую массу свинца можно получить при электролизе 200г раствора нитрата свинца с массовой долей 10%?

16. Для нейтрализации кислоты, образовавшейся после электролиза нитрата серебра, потребовалось 145,5мл 10%-ного раствора гидроксида натрия с плотностью 1,1г/мл. Определите массу выделившегося на катоде серебра. Ответ: 43,2г

17. После электролиза 500г водного раствора сульфата меди масса раствора уменьшилась на 8г. Оставшийся раствор нацело прореагировал с 8,96л (н.у.) сероводорода. Определите массовую долю сульфата серебра в исходном растворе и массовые доли веществ, оставшихся в растворе после электролиза.

18. После электролиза с инертными электродами 500г водного раствора сульфата меди с массовой долей 16% масса раствора уменьшилась на 16г. Определите массу меди, выделившейся на катоде и массовые доли веществ, оставшихся в растворе после электролиза.

19. После электролиза 250 г раствора нитрата ртути (II) с массовой долей соли 19,5% масса раствора уменьшилась на 20,22%. Определите массы веществ, выделившихся на электродах, и молярную концентрацию веществ в конечном растворе, если его плотность составила 1,06 мл.

20. В результате электролиза 400мл 20%-ного раствора CuSO4 с плотностью 1,2г/мл на аноде выделилось 4,48л (н.у.) газа. Определите массы веществ, выделившихся на электродах и массовые доли веществ в конечном растворе.

21. После электролиза 200г 2%-ного водного раствора гидроксида натрия массовая доля гидроксида натрия увеличилась на 0,44%. Определите количества веществ, выделившихся на катоде и аноде.

22. При электролизе соли металла, проявляющего в своих соединениях степени окисления +2 и +3, на катоде было получено 2,6 г металла, а на аноде выделился 1,68 л (н.у.) газа с плотностью по водороду 35,5. Определите формулу соли, которая подверглась электролизу. Ответ: CrCl3

23. 150 г раствора, содержащего 8% сульфата меди (II) и 11,7% хлорида натрия, подвергли электролизу. Электролиз прекратили, когда на катоде выделилось 1,12л (н.у.) водорода. Определите, какие вещества находятся в растворе после электролиза, а также их количество.

24. Раствор, содержащий по 0,2 моль нитрата меди (II), хлорида калия и сульфата рубидия, подвергли электролизу до полного выделения меди. Определите объёмы газов, выделившихся на электродах, и количества веществ в полученном растворе. Какова среда конечного раствора?

25. Раствор, содержащий 0,1моль нитрата ртути (II), 0,3 моль хлорида калия и 0,2моль сульфата натрия подвергли электролизу до полного выделения хлора. Определите объёмы газов, выделившихся на электродах и количества веществ в полученном растворе. Какова среда полученного раствора?

Другие задачи на электролиз:

26. Электролиз 282 г 40%-ного раствора нитрата меди (II) остановили после того, когда масса раствора уменьшилась на 32 г. К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щелочи в полученном растворе.

27. При проведении электролиза 340 г 20%-ного раствора нитрата серебра (I) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 1, 12 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 79,44 г. Вычислите массу 10%-ного раствора хлорида натрия, необходимого для полного осаждении ионов серебра из отобранной порции раствора.

28. При проведении электролиза 312 г 15%-ного раствора хлорида натрия процесс прекратили, когда на катоде выделилось 6,72 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 58,02 г. Вычислите массу 20%-ного раствора сульфата меди (II), необходимого для полного осаждения гидроксид-ионов из отобранной порции раствора.

29. Электролиз 640 г 15%-ного раствора сульфата меди (II) остановили после того, когда масса раствора уменьшилась на 32 г. К образовавшемуся раствору добавили 400 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щелочи в полученном растворе.

30. При проведении электролиза 360 г 18,75% раствора хлорида меди (II) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 4,48 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 22,2 г. Вычислите массу 20 %-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.

31. При проведении электролиза 624 г 10%-ного раствора хлорида бария процесс прекратили, когда на катоде выделилось 4,48 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 91,41 г. Вычислите массу 10%-ного раствора карбоната натрия, необходимого для полного осаждения ионов бария из отобранной порции раствора.

32. При проведении электролиза 500 г 16%-ного раствора сульфата меди (II) процесс прекрати, когда на аноде выделилось 1,12 л газа. К образовавшемуся раствору прибавили 53 г 10%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю сульфата меди (II) в полученном растворе.

33. Через 200 г раствора поваренной соли, содержащего 17,55 мас. % NaСl, некоторое время пропускали постоянный ток. Выделилось 3,36 л хлора (н.у.). Определите концентрации веществ в мaс.% в полученном растворе.

34. При электролизе 188 г 50 мас. % раствора нитрата меди (II) на катоде выделилось 19,2 г металла. Найти объем газа (н.у.), выделившегося на аноде, и концентрации кислоты и соли в массовых процентах в электролизере.

35. После электролиза 250 г раствора нитрата ртути (II) с массовой долей соли 19,5 % масса раствора уменьшилась на 10,85 г. Определите количества веществ, выделившихся на электродах и массовые доли веществ в оставшемся растворе.

36. 50 г водного раствора сульфата меди подвергли электролизу, при этом на аноде выделилось 2,8 л газа (н.у.). Определите массовую долю сульфата меди в исходном растворе, если известно, что после электролиза масса раствора составила 42,4 г.

37. Определите состав раствора (в массовых долях), полученного в результате электролиза 100 г раствора сульфата меди, если известно, что во время электролиза на аноде выделилось 2,8 л газа (н.у.), а масса раствора после электролиза составила 92,4 г.

38. 117 г раствора хлорида натрия с массовой долей соли 5 % в течение некоторого времени подвергали электролизу. При этом на электродах выделилось 8,96 л газов (н.у.). Определите состав раствора после электролиза (в массовых долях).

Источник