Какие вещества дадут одинаковые продукты при электролизе
Химические реакции, сопровождающиеся переносом электронов (окислительно-восстановительные реакции) делятся на два типа: реакции, протекающие самопроизвольно и реакции, протекающие при прохождении тока через раствор или расплав электролита.
Раствор или расплав электролита помещают в специальную емкость — электролитическую ванну.
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц — ионов, электронов и др. под действием внешнего электрического поля. Электрическое поле в растворе или расплаве электролита создают электроды.
Электроды — это, как правило, стержни из материала, проводящего электрический ток. Их помещают в раствор или расплав электролита, и подключают к электрической цепи с источником питания.
При этом отрицательно заряженный электрод катод — притягивает положительно заряженные ионы — катионы. Положительно заряженный электрод (анод) притягивает отрицательно заряженные частицы (анионы). Катод выступает в качестве восстановителя, а анод — в качестве окислителя.
Различают электролиз с активными и инертными электродами. Активные (растворимые) электроды подвергаются химическим превращениям в процессе электролиза. Обычно их изготавливают из меди, никеля и других металлов. Инертные (нерастворимые) электроды химическим превращениям не подвергаются. Их изготавливают из неактивных металлов, например, платины, или графита.
Электролиз растворов
Различают электролиз раствора или расплава химического вещества. В растворе присутствует дополнительное химическое вещество — вода, которая может принимать участие в окислительно-восстановительных реакциях.
Катодные процессы
В растворе солей катод притягивает катионы металлов. Катионы металлов могут выступать в качестве окислителей. Окислительные способности ионов металлов различаются. Для оценки окислительно-восстановительных способностей металлов применяют электро-химический ряд напряжений:
Каждый металл характеризуется значением электрохимического потен-циала. Чем меньше потенциал, тем больше восстановительные свойства металла и тем меньше окислительные свойства соответствующего иона этого металла. Разным ионам соответствуют разные значения этого потенциала. Электрохимический потенциал — относительная величина. Электрохимический потенциал водорода принят равным нулю.
Также около катода находятся молекулы воды Н2О. В составе воды есть окислитель — ион H+.
При электролизе растворов солей на катоде наблюдаются следующие закономерности:
1. Если металл в соли — активный (до Al3+ включительно в ряду напряжений), то вместо металла на катоде восстанавливается (разряжается) водород, т.к. потенциал водорода намного больше. Протекает процесс восстановления молекулярного водорода из воды, при этом образуются ионы OH—, среда возле катода — щелочная:
2H2O +2ē → H2 + 2OH—
Например, при электролизе раствора хлорида натрия на катоде будет вос-станавливаться только водород из воды.
2. Если металл в соли – средней активности (между Al3+ и Н+), то на катоде восстанавливается (разряжается) и металл, и водород, так как потенциал таких металлов сравним с потенциалом водорода:
Men+ + nē → Me0
2H+2O +2ē → H20 + 2OH—
Например, при электролизе раствора сульфата железа (II) на катоде будет восстанавливаться (разряжаться) и железо, и водород:
Fe2+ + 2ē → Fe0
2H+2O +2ē → H20 + 2OH—
3. Если металл в соли — неактивный (после водорода в ряду стандартных электрохимических металлов), то ион такого металла является более сильным окислителем, чем ион водорода, и на катоде восстанавливается только металл:
Men+ + nē → Me0
Например, при электролизе раствора сульфата меди (II) на катоде будет восстанавливаться медь:
Cu2+ + 2ē → Cu0
4. Если на катод попадают катионы водорода H+, то они и восстанавливаются до молекулярного водорода:
2H+ + 2ē → H20
Анодные процессы
Положительно заряженный анод притягивает анионы и молекулы воды. Анод – окислитель. В качестве восстановителей выступаю либо анионы кислотных остаток, либо молекулы воды (за счет кислорода в степени окисления -2: H2O-2).
При электролизе растворов солей на аноде наблюдаются следующие закономерности:
1. Если на анод попадает бескислородный кислотный остаток, то он окисляется до свободного состояния (до степени окисления 0):
неМеn- – nē = неМе0
Например: при электролизе раствора хлорида натрия на аноде окисляют-ся хлорид-ионы:
2Cl— – 2ē = Cl20
Действительно, если вспомнить Периодический закон: при увеличении электроотрицательности неметалла его восстановительные свойства уменьшаются. А кислород – второй по величине электроотрицательности элемент. Таким образом, проще окислить практически любой неметалл, а не кислород. Правда, есть одно исключение. Наверное, вы уже догадались. Конечно же, это фтор. Ведь электроотрицательность фтора больше, чем у кислорода. Таким образом, при электролизе растворов фторидов окисляться будут именно молекулы воды, а не фторид-ионы:
2H2O-2 – 4ē → O20+ 4H+
2. Если на анод попадает кислородсодержащий кислотный остаток, либо фторид-ион, то окислению подвергается вода с выделением молекулярно-го кислорода:
2H2O-2 – 4ē → O20 + 4H+
3. Если на анод попадает гидроксид-ион, то он окисляется и происходит выделение молекулярного кислорода:
4O-2H– – 4ē → O20 + 2H2O
4. При электролизе растворов солей карбоновых кислот окислению под-вергается атом углерода карбоксильной группы, выделяется углекислый газ и соответствующий алкан.
Например, при электролизе растворов ацетатов выделяется углекислый газ и этан:
2CH3C+3OO– –2ē → 2C+4O2+ CH3-CH3
Суммарные процессы электролиза
Рассмотрим электролиз растворов различных солей.
Например, электролиз раствора сульфата меди. На катоде восстанавливаются ионы меди:
Катод (–): Cu2+ + 2ē → Cu0
На аноде окисляются молекулы воды:
Анод (+): 2H2O-2 – 4ē → O2 + 4H+
Сульфат-ионы в процессе не участвуют. Мы их запишем в итоговом уравнении с ионами водорода в виде серной кислоты:
2Cu2+SO4 + 2H2O-2 → 2Cu0 + 2H2SO4 + O20
Электролиз раствора хлорида натрия выглядит так:
На катоде восстанавливается водород:
Катод (–): 2H+2O +2ē → H20 + 2OH–
На аноде окисляются хлорид-ионы:
Анод (+): 2Cl– – 2ē → Cl20
Ионы натрия в процессе электролиза не участвуют. Мы записываем их с гидроксид-анионами в суммарном уравнении электролиза раствора хлорида натрия:
2H+2O +2NaCl– → H20 + 2NaOH + Cl20
Следующий пример: электролиз водного раствора карбоната калия.
На катоде восстанавливается водород из воды:
Катод (–): 2H+2O +2ē → H20 + 2OH–
На аноде окисляются молекулы воды до молекулярного кислорода:
Анод (+): 2H2O-2 – 4ē → O20 + 4H+
Таким образом, при электролизе раствора карбоната калия ионы калия и карбонат-ионы в процессе не участвуют. Происходит электролиз воды:
2H2+O-2 → 2H20 + O20
Еще один пример: электролиз водного раствора хлорида меди (II).
На катоде восстанавливается медь:
Катод (–): Cu2+ + 2ē → Cu0
На аноде окисляются хлорид-ионы до молекулярного хлора:
Анод (+): 2Cl– – 2ē → Cl20
Таким образом, при электролизе раствора карбоната калия происходит электролиз воды:
Cu2+Cl2– → Cu0 + Cl20
Еще несколько примеров: электролиз раствора гидроксида натрия.
На катоде восстанавливается водород из воды:
Катод (–): 2H+2O +2ē → H20 + 2OH–
На аноде окисляются гидроксид-ионы до молекулярного кислорода:
Анод (+): 4O-2H– – 4ē → O20 + 2H2O
Таким образом, при электролизе раствора гидроксида натрия происходит разложение воды, катионы натрия в процессе не участвуют:
2H2+O-2 → 2H20 + O20
Электролиз расплавов
При электролизе расплава на аноде окисляются анионы кислотных остатков, а на катоде восстанавливаются катионы металлов. Молекул воды в системе нет.
Например: электролиз расплава хлорида натрия. На катоде восстанавли-ваются катионы натрия:
Катод (–): Na+ + ē → Na0
На аноде окисляются анионы хлора:
Анод (+): 2Cl– – 2ē → Cl20
Суммарное уравнение электролиза расплава хлорида натрия:
2Na+Cl– → 2Na0 + Cl20
Еще один пример: электролиз расплава гидроксида натрия. На катоде восстанавливаются катионы натрия:
Катод (–): Na+ + ē → Na0
На аноде окисляются гидроксид-ионы:
Анод (+): 4OH– – 4ē → O20 + 2H2O
Суммарное уравнение электролиза расплава гидроксида натрия:
4Na+OH– → 4Na0 + O20+ 2H2O
Многие металлы получают в промышленности электролизом расплавов.
Например, алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплаве криолита. Криолит – Na3[AlF6] плавится при более низкой температуре (1100оС), чем оксид алюминия (2050оС). А оксид алюминия отлично растворяется в расплавленном криолите.
В растворе криолите оксид алюминия диссоциирует на ионы:
Al2O3 = Al3+ + AlO33-
На катоде восстанавливаются катионы алюминия:
Катод (–): Al3+ + 3ē → Al0
На аноде окисляются алюминат-ионы:
Анод (+): 4AlO33– – 12ē → 2Al2O3 + 3O20
Общее уравнение электролиза раствора оксида алюминия в расплаве криолита:
2Al2О3 = 4Al0 + 3О20
В промышленности при электролизе оксида алюминия в качестве электродов используют графитовые стержни. При этом электроды частично окисляются (сгорают) в выделяющемся кислороде:
C0 + О20 = C+4O2-2
Электролиз с растворимыми электродами
Если материал электродов выполнен из того же металла, который присут-ствует в растворе в виде соли, или из более активного металла, то на аноде разряжаются не молекулы воды или анионы, а окисляются частицы самого металла в составе электрода.
Например, рассмотрим электролиз раствора сульфата меди (II) с медными электродами.
На катоде разряжаются ионы меди из раствора:
Катод (–): Cu2+ + 2ē → Cu0
На аноде окисляются частицы меди из электрода:
Анод (+): Cu0 – 2ē → Cu2+
Источник
Задания В3 и тесты по теме
«Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот).»
1. Какое из веществ дает одинаковые продукты при электролизе водного раствора и расплава? 1) СuСl2 2) КВr 3) КОН 4) AgNO3
2. Электролиз раствора сульфата меди описывается уравнением:
1) СuSО4 + 2Н2О = Сu(ОН)2 + Н2SО4 2) 2СuSО4 = 2СuО + SО2 + О2
3) 2Н2O = 2Н2 + O2 4) 2СuSО4 + 2Н2О = 2Сu + 2Н2SО4 + О2
3.При электролизе водного раствора нитрата марганца (II) на катоде выделяются
1)марганец 2) кислород 3)марганец и водород 4) марганец и кислород
4.Кислород выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1)хлорида меди (II) 3) бромида цинка
2) алюмокалиевых квасцов 4) сульфида натрия
5.Кислород выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1)хлорида натрия 3) йодида натрия 2)бромида натрия 4) фторида натрия
6. При электролизе раствора соли меди (II) выделяется кислород. Какая это соль?
1) Бромид 2) Нитрат 3) Хлорид 4) Сульфид
7. При электролизе раствора хлорида калия вблизи катода среда
1) щелочная 2) кислая 3) нейтральная 4)соленая
8.Электролиз водного раствора соли можно использовать для получения
1)кальция 2) бария 3) цинка 4) лития
9.Только газообразные продукты выделяются на катоде и аноде при электролизе водного раствора
1) МnСl2 2) КСl 3) Cr2(SO4)3 4) Cu(NO3)2
10.Электролиз водного раствора соли нельзя использовать для получения
1)магния 2) меди 3) цинка 4) хрома
11.Кислород выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1) нитрата лития 4) бромида хрома (III)
2)хлорида меди (II) 5) фторида натрия
3)сульфата железа (II) 6) йодида бария
12.Кислород не выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1)сульфида лития 4) хлорида хрома (III)
2)сульфата цинка 5) фторида калия
3)нитрата никеля (II) 6) бромида кальция
13. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах:
| ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ | ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
| А) KBr Б) KOH В) MgSO4 Г) CuSO4 | 1)Cu, O2, H2 2) Cu, O2 3) H2, O2 4) H2, Br2 5) Mg, O2, H2 6) K, O2, H2 |
14. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах.
| ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА | ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
| A)АlСl3 Б) RbOH B) Hg(NО3)2 Г) АuСl3 | 1) металл, галоген 2) гидроксид металла, хлор, водород 3) металл, кислород 4) водород, галоген 5) водород, кислород 6) металл, кислота, кислород |
9.Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на катоде в результате электролиза водного раствора этого вещества.
| ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА | ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
| А) KBr Б) K2SO4 В) HNO3 Г) AgNO3 | 1) водород 2) калий 3) серебро 4) кислород 5) сера 6) оксид азота (IV) |
10. Установите соответствие между формулой соли и уравнением процесса, протекающего на аноде при электролизе её водного раствора.
| ФОРМУЛА СОЛИ | УРАВНЕНИЕ АНОДНОГО ПРОЦЕССА |
| A) KBr Б) AlCl3 B) CuSO4 Г) AgNO3 | 1) 2H2O – 4e O2+4H+ 2) 2H2O + 2e H2 + 2OH- 3) 2Cl- – 2e Cl2 4) 2Br–2e Br2 5) SO42- – 2e SO2 + O2 6) 2NO3- – 2e 2NO2+ O2 |
11. Установите соответствие между формулой соли и уравнением анодного процесса в водном растворе.
| ФОРМУЛА СОЛИ | УРАВНЕНИЕ АНОДНОГО ПРОЦЕССА |
| A) Al(NО3)3 Б) CuCl2 B) SbCl3 Г) Cu(NО3)2 | 1) 2H2О – 4е О2+ 4H+ 2) 2H2О + 2е H2+ 2ОH- 3) 2Cl- -2е Cl2 4) Sb3++ 3е Sb0 5) Cl- + 4H2О – 8е ClO4- + 8H+ 6) 4NО3- – 4е 2N2О + 5О2 |
25. Установите соответствие между формулой соли и продуктами, образующимися на аноде при электролизе его водного раствора.
| Формула соли | Продукты на аноде |
| A)CH3COONa Б) Cu(NO3)2 B)K2SO3 Г) АlСl3 | 1) металл 2) кислород 3) оксид серы (IV) 4) этан, углекислый газ 5) галоген 6)оксид азота (IV) |
Источник
Тест № 1 Электролиз В_3
1. Какое из веществ дает одинаковые продукты при электролизе водного раствора и расплава?
1) СuС12 2) КВr 3) КОН 4) AgNO3
2. Электролиз раствора иодида калия описывается уравнением:
1) 2КI = 2К + I2 2) 2Н2О = 2Н2 + О2 3) КI + Н2О = HI + КОН 4) 2КI + 2Н2О = I2 + 2КОН + Н2
3. При электролизе раствора соли меди (II) выделяется кислород. Какая это соль?
1) Бромид 2) Нитрат 3) Хлорид 4) Сульфид
4. При электролизе раствора хлорида калия вблизи катода среда —…
1) щелочная 2) кислая 3) нейтральная 4)соленая
5. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА | ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
A)АlСl3 Б) RbOH B) Hg(NО3)2 Г) АuСl3 | 1) металл, галоген 2) гидроксид металла, хлор, водород 3) металл, кислород 4) водород, галоген 5) водород, кислород 6) металл, кислота, кислород |
6. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения.
ЭЛЕКТРОЛИЗ | МЕТАЛЛ |
A) натрий Б) алюминий B) серебро Г) медь | 1) водного раствора солей 2) водного раствора гидроксида 3) расплава поваренной соли 4) расплавленного оксида 5) раствора оксида в расплавленном криолите 6) расплавленного нитрата |
7. Установите соответствие между формулой соли и продуктами, образующимися на катоде при электролизе его водного раствора.
Формула соли Продукты на катоде
А) CuSO4 1) металл
Б) FeCl2 2) водород
В) MnSO4 3) оксид серы (IV)
Г) СrС12 4) металл, водород
5) галоген
8. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на аноде при электролизе его водного раствора.
Формула соли Продукты на аноде
А) K3PO4 1) кислород
Б) FeCl3 2) оксид фосфора (V)
В) NiSO4 3) оксид серы (IV)
Г) CrBr3 4) водород
5) галоген
9. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами, образующимися на инертных электродах при электролизе его водного раствора.
Формула вещества Продукты на аноде
А) NaClO4 1) Cl2
Б) AlCl3 2) ClO2
B) Cu(NO3)2 3) NO2
Г) SrCl2 4) O2
5) N2
6) H2
10. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами, образующимися на инертных электродах при электролизе его водного раствора.
Формула вещества Продукты на аноде
А) NaF 1) фтор
Б) AlBr3 2) хлор
B) CuCl2 3) бром
Г) SrI2 4) иод
5) кислород
6) водород
11. Установите соответствие между названием металла и способом его получения
Название вещества Получение электролизом
А) литий 1) раствор фторида лития
Б) фтор 2) расплав фторида лития
B) серебро 3) раствор хлорида магния
Г) магний 4) раствор нитрата серебра
5) расплав оксида серебра
6) расплав хлорида магния
12. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами, образующимися на инертных электродах при электролизе его водного раствора.
Формула вещества Продукты на катоде
А) MgCl2 1) Mg
Б) CuSO4 2) H2
B) AgNO3 3) Ag
Г) Li2S 4) Li
5) S
6) Cu
13. При электролизе водного раствора соли нельзя получить
1) натрий и хлор 2) кальций и фтор
3) серную кислоту и кислород 4) гидроксид калия и йод
14. При электролизе хлорида меди (II) на медном аноде преимущественно происходит
1) окисление ионов хлора 2) окисление воды
3) растворение меди 4) восстановление ионов меди
15. Верны утверждения:
А. При электролизе расплавов осуществляется химическая реакция, которая самопроизвольно идти не может.
Б. Процессы на аноде и катоде не зависят от материалов, из которых они изготовлены, а только от природы ионов.
1) верно только А 2) верно только Б 3) верны оба суждения 4) оба суждения неверны
16. Не выделяется на катоде водород при электролизе
1) сульфата магния 2) бромида меди (II) 3) хлорида калия 4) хлорида алюминия
17. Могут разряжаться на катоде и водород, и металл при электролизе
1) сульфата алюминия 2) бромида меди (II) 3) хлорида цинка 4) нитрата серебра
18. Нитрат меди прокалили, образовавшееся твёрдое вещество растворили в разбавленной серной кислоте. Раствор полученной соли подвергли электролизу. Выделившееся на катоде вещество растворили в концентрированной азотной кислоте. Растворение протекало с выделением бурого газа.
19. Нитрат калия нагрели с порошкообразным свинцом до прекращения реакции. Смесь продуктов отработали водой, а затем полученный раствор профильтровали. Фильтрат подкислили серной кислотой и обработали иодидом калия. Выделившееся простое вещество нагрели с концентрированной азотной кислотой. В атмосфере образовавшегося при этом бурого газа сожгли красный фосфор. Запишите уравнения описанных реакций.
20. Вещество, выделяющееся на катоде при электролизе расплава хлорида натрия, сожгли
в кислороде. Полученный продукт поместили в газометр, наполненный углекислым газом. Образовавшееся
вещество добавили в раствор хлорида аммония и раствор нагрели. Напишите уравнения описанных реакций.
21. Провели электролиз раствора хлорида натрия. К полученному раствору добавили хлорид железа(III). Выпавший осадок отфильтровали и прокалили. Твёрдый остаток растворили в иодоводородной кислоте.
22. К 100 мл раствора фосфорной кислоты, содержащего 10 мас.% растворенного вещества и имеющего плотность 1,05 г/мл, прибавили 30 г оксида фосфора (V). Определите концентрацию Н3РО4 в полученном растворе.
Источник
Электролиз воды
Для успешного решения задача по уравнениям электролиза, Вам, прежде всего, нужно научиться писать эти уравнения. Тогда решение задач на электролиз сведется к решению задач по уравнению реакции, с некоторыми особенностями, которые я и намереваюсь обсудить в этой статье.
Только напомню, что
электролиз – это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита.
Для лучшего понимания процесса электролиза, предлагаю сначала посмотреть опыт по электролизу раствора сульфата меди (II):
Как показано в опыте количество вещества (в данном опыте меди) выделившегося на электроде прямо пропорционально количеству электричества q (q=I*t, где I – сила тока, t – время электролиза), пропущенного через раствор электролита (закон Фарадея).
То есть, чем дольше пропускаем ток, тем больше меди осядет на катоде. Как долго может продолжаться этот процесс? В данном эксперименте – пока не раствориться анод, так как он медный, а значит – растворимый. В этом случае цепь разомкнется и ток прекратиться.
А если взять угольные электроды? Как долго можем проводить эксперимент и сколько меди получим? На вторую часть вопроса, с точки зрения химика, ответить легко – максимальное количество моль меди выделившееся на каноде равно количеству моль сульфата меди (II) в растворе, так как процесс проходит согласно уравнению реакции:
CuSO4 + 2Н2О = Сu + H2SO4 + O2
А на первую часть вопроса, как долго можем проводить эксперимент, ответить сложнее. Но давайте попробуем, не прибегая к расчетам, проанализировать этапы прохождения процесса электролиза и понять, на каком этапе электролиз прекратился, с точки зрения химии.
На первом этапе – ток пропускаем непродолжительное время, и как результат в растворе остается непрореагировавший сульфат меди (II).
На втором этапе – ток пропускали ровно столько, чтобы весь сульфат меди прореагировал. Процесс электролиза сульфата меди прошел до конца.
На третьем этапе – ток продолжаем пропускать и после того как весь сульфат меди прореагировал. Будет ли проходить электролиз? Да, будет. Проходит электролиз воды (точнее, электролиз раствора серной кислоты, в данном конкретном случае):
2Н2О = 2Н2 + О2
На четвертом этапе – ток пропускаем уже через концентрированный раствор серной кислоты (большая часть воды из раствора разложилась). Проходит электролиз концентрированного раствора серной кислоты (но эта реакция уже вне рамок школьного курса химии, как и последующие возможные превращения образовавшихся веществ).
То есть, с точки зрения химика, электролиз можно проводить до тех пор, пока не разложатся все вещества содержащиеся в растворе.
В задачах школьного курса химии, рассматриваются только процессы, описанные как первые три этапа электролиза. И на основании этих трех случаев электролиза решим небольшие расчетные задачи.
1. Через 200 г раствора сульфата меди (II), содержащего 4 мас.% CuSO4, некоторое время пропускали постоянный ток. Выделилось 0,448 л газа (н.у.). Определите концентрации веществ в мaс.% в полученном растворе.
Запишем уравнение реакции:
CuSO4 + 2Н2О = Сu + H2SO4 + O2
Находим массу сульфата меди (II) в растворе: m(CuSO4 ) = 200*0,04 = 8 г
Количесвто моль CuSO4 : n(CuSO4)исход. = 8/160 = 0,05 моль.
Количество моль газа: n(газ) = 0,448 /22,4 = 0,02 моль.
Согласно уравнению реакции, если бы разложился весь сульфата меди (II) (0,05 моль), то выделилось бы 0,05 моль газа – кислорода.
Поскольку, n(газ) = 0,02 < 0,05, то не весь сульфата меди (II) прореагировал.
n(CuSO4)прореаг. = n(газ) =0,02 моль.
В растворе осталось: n(CuSO4)конеч. = n(CuSO4)исход. – n(CuSO4)прореаг. = 0,05 – 0,02 = 0,03 моль.
Кроме того, в результате реакции образовались серная кислота:
n(H2SO4) = n(газ) = 0,02 моль и медь: n(Cu) = n(газ) = 0,02 моль.
Таким образом, в растворе присутствуют два вещества: сульфат меди и серная кислота.
m(CuSO4)конеч. = n(CuSO4)конеч*М = 0,03* 160 = 4,8 г
m( H2SO4)конеч. = n(H2SO4)*М = 0,02* 98 = 1,96 г.
Масса раствора:
m(p-pa)конеч.= m(p-pa)исх. – (Сu) – m(O2)=200 – 0,02*64-0,02*32 = 198,08 г.
Массовые доли растворенных веществ:
w(CuSO4 ) = m(CuSO4 )конеч./m(p-pa)конеч. = 4,8/198,08 = 0,024 (2,4%)
w( H2SO4 ) = m( H2SO4 )конеч./m(p-pa)конеч. = 1,96/198,08 = 0,01 (1%).
2. Через 200 г раствора сульфата меди (II), содержащего 4 мас.% CuSO4, пропускали постоянный ток, до тех пор пока масса раствора не уменьшилась на 4,8 г. Определите концентрации веществ в мaс.% в полученном растворе.
Уравнение реакции:
CuSO4 + 2Н2О = Сu + H2SO4 + O2
Масса сульфата меди (II) в растворе: m(CuSO4) = 200*0,04 = 8 г
Количество моль CuSO4: n(CuSO4)исход. = 8/160 = 0,05 моль.
Как видно из уравнения реакции, масса раствора должна была уменьшиться за счет меди, осевшей на катоде и кислорода – выделившегося на аноде. Если бы указанные вещества выделялись в тех количествах, что указаны в уравнении реакции, то масса раствора уменьшилась бы на: 64 + 32 = 96 г. Но поскольку, масса раствора уменьшилась только на 4,8 г, то n(Cu)=n(O2) = 4,8/96 =0,05 моль. (К этому же результату можем прийти, решив уравнение: 64х + 32х = 4,8, где х – количество моль меди).
Так как n(CuSO4) = n(Cu) = 0,05 моль, то очевидно, что весь сульфат меди прореагировал. А в растворе осталась только серная кислота, количеством вещества 0,05 моль.
Масса серной кислоты: m(H2SO4) = 0,05*98 = 4,9 г.
- Масса раствора: m(p-pa)конеч. = 200 – 4,8 = 195,2 г.
Массовая доля растворенного вещества:
w( H2SO4 ) = m(H2SO4 )конеч./m(p-pa)конеч. = 4,9/195,2 =0,0251 (2,51%).
3. При проведении электролиза 200 г раствора сульфата меди (II), содержащего 4 мас.% CuSO4, процесс прекратили, когда на аноде выделилось 2,24 л газа. Определите концентрации веществ в мaс.% в полученном растворе.
Уравнение реакции: CuSO4 + 2Н2О = Сu + H2SO4 + O2
Масса сульфата меди (II) в растворе: m(CuSO4 ) = 200*0,04 = 8 г. Количество моль CuSO4: n(CuSO4)исход. = 8/160 = 0,05 моль.
Количество моль газа, выделившегося на аноде:
n(газ) = 2,24/22,4 = 0,1 моль.
Согласно уравнению реакции, из 0,05 моль CuSO4 образуется 0,05 моль O2.
То есть, весь CuSO4 прореагировал, да еще дополнительно разложилась вода, дав 0,05 моль газа на аноде. Уравнение реакции разложения воды:
2Н2О = 2Н2 + О2
n(O2)разлож.воды = 0,1- 0,05 = 0,05 моль.
Таким образом, растворенным веществом является только серная кислота, образовавшаяся в результате электролиза раствора сульфата меди (II).
Количество моль серной кислоты: n(H2SO4) = n(CuSO4) = 0,05 моль.
Масса серной кислоты: m(H2SO4) = 0,05*98 = 4,9 г.
Масса раствора:
m(p-pa)конеч.= m(p-pa)исх.-m(Сu) – m(O2) – m(H2)разлож.воды- m(O2)разлож.воды = 200 – 0,05*64-0,05*32-2*0,05*2-0,05*32 = 193,4 г.
Массовая доля растворенного вещества:
w( H2SO4 ) = m( H2SO4 )конеч./m(p-pa)конеч. = 4,9/193,4 = 0,0253 (2,53%).
На простых примерах мы разобрали решения задач на отдельные случаи процессов электролиза. А теперь решим две 34 задачи, по реакцям электролиза.
Первая задача, на неполный электролиз растворенного вещества с отбором порции раствора.
Условие задачи:
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 360 г 15%-ного раствора хлорида меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 66,6 г. Вычислите массу 10%-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.
Решение:
Еще одна задача по реакции электролиза с дополнительным электролизом воды.
Условие задачи:
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 234 г 20%-ного раствора хлорида натрия. После того как на катоде выделилось 11,2 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 160 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). Определите массовую долю щёлочи в полученном растворе.
Решение:
А вот задачи для самостеятельного решения.
1. Электролиз 282 г 40%-ного раствора нитрата меди (II) остановили после того, как на аноде выделилось 6,72 л газа. К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щелочи в полученном растворе. [3,5%]
2. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 372,5 г 20%-ного раствора хлорида калия. После того как масса раствора уменьшилась на 29,2 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 162,5 г 20%-ного раствора хлорида железа(III). Определите массовую долю хлорида калия в полученном растворе.[13,6%]
3. При проведении электролиза 340 г 20%-ного раствора нитрата серебра (I) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 11,2 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 79,44 г, а к оставшемуся раствору прибавили 145,75 г 16% раствора карбоната натрия. Определите массовую долю карбоната натрия в полученном растворе. [0,5%]
4. 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. [3,7%]
Успехов в решении задач на электролиз!
Источник