Задача № 2. В 150 мл воды растворили сульфат калия массой 20 г и провели электролиз соли с инертными электродами

В 150 мл воды растворили сульфат калия массой 20 г и провели электролиз соли с инертными электродами, в результате чего массовая доля сульфата калия стала равной 15%. Определите объемы выделившихся газов (л) при температуре 20^оС и 101325 Па.

Решение:

1. Запишем уравнение электролиза:

(K₂SO₄) + 2H₂O = 2H₂ ­ + O₂ ­ + (K₂SO₄)

Катод: K⁺ – не восстанавливается

2Н₂О + 2 ® Н₂ + 2ОН^–

Анод: – не окисляется

2Н₂О – 4 ® О₂ + 4Н⁺

2. Из уравнения электролиза видно, что ионы соли не принимают участие в электродных процессах, следовательно, масса соли остается неизменной, т.е. равна 20 г, а масса воды уменьшается, следовательно, уменьшается масса раствора.

3. Находим массу раствора после электролиза, зная из условия задача массовую долю соли в растворе и массу соли:

m _(р-ра) = ; m _(р-ра) = = 133, 3 г.

4. Рассчитываем массу разложившейся воды m _разл(Н₂О):

m _разл(Н₂О) = m _(р-ра) до электролиза – m_(р-ра) после электролиза;

m _разл(Н₂О) = 150 + 20 – 133, 3 = 36, 7 г.

5. Рассчитаем количество вещества воды, разложившейся в ходе электролиза:

; моль.

6. Определим количество вещества водорода, выделившегося в ходе электролиза:

n (Н₂): n _разл(Н₂О) = 1: 1 Þ n (Н₂) = n _разл(Н₂О) = 2, 04 моль.

7. Определим количество вещества кислорода, выделившегося в ходе электролиза:

n (О₂): n _разл(Н₂О) = 1: 2 Þ n (О₂) = n _разл(Н₂О)= × 2, 04 = 1, 02 моль.

8. Так как условия не соответствуют нормальным, то для определения объемов выделяющихся при электролизе газов воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона pV = nRT:

;

= 0, 049 м³ = 49 л;

= 0, 0245 м³ = 24, 5 л.

Ответ: V (Н₂) = 49 л, V (O₂) = 24, 5 л

Упражнения и задачи для самостоятельного решения.

1. В какой последовательности будут вытесняться металлы, если цинковую пластинку опустить в раствор, содержащий смесь солей: сульфат никеля(II), сульфат железа(II), сульфат меди(II).

2. Имеется раствор смеси солей: нитрата серебра, нитрата калия и нитрата марганца(II). Какие вещества и в какой последовательности будут выделяться на электродах при электролизе этого раствора?

3. При электролизе водного раствора нитрата серебра с инертными электродами на аноде выделилось 5, 6 л (н.у.) кислорода. Определите молярную концентрацию исходного раствора, если его объем 2 л.

(Ответ: 0, 5М).

4. При электролизе 500 г водного раствора хлорида цинка на аноде выделился газ, который прореагировал с раствором иодида калия, при этом выделилось 88, 9 г иода. Определите массовую долю исходного раствора хлорида цинка. (Ответ: 9, 52%).

5. В 400 г воды растворили 46, 8 г хлорида натрия. Полученный раствор подвергли электролизу и собрали 2, 24 л (н.у.) хлора. Определите массовую долю хлорида натрия в растворе после электролиза.

(Ответ: 8%).

6. Укажите, какие металлы могут быть получены электролизом водных растворов их солей: Cs, Zn, Ni, Al, Ba, Ag, Au.

7. Изменится ли количество соли в растворе, если электролизу подвергнуть раствор: а) сульфата калия; б) хлорида калия (анод – инертный). Составьте схему электролиза.

Дополнительные задания

1. Какие процессы будут происходить при электролизе водных растворов Сu(NO₃)₂, KOH, H₂SO₄, BaCl₂, NiSO₄? Напишите суммарные уравнения реакций.

2. При электролизе водного раствора нитрата серебра на аноде выделилось 11, 2 л газа (н.у.), который прореагировал с 31 г фосфора с образованием оксида фосфора (V). Определить количество образовавшегося оксида фосфора (V) и массу прореагировавшего нитрата серебра.

(Ответ: 0, 2 моль P₂O₅; 340 г AgNO₃)

3. При электролизе расплава хлорида металла(III) на аноде выделилось 336 мл газа, а на катоде 0, 52 г металла. Хлорид какого металла был взят? (Ответ: CrCl₃)

4. При сливании 135 г 20%-ного раствора хлорида меди(II) и 680 г 10%-ного раствора нитрата серебра образовался осадок, который отделили, а оставшийся раствор подвергли электролизу. Определите массы веществ, выделившихся на электродах. (Ответ: 12, 8 г Cu; 3, 2 г O₂)

5. Раствор хлорида натрия массой 300 г с массовой долей соли 11, 7% подвергли полному электролизу. К образовавшемуся раствору добавили 50 г раствора фосфорной кислоты с массовой долей 39, 2%. Какая соль и какой массы образовалась? (Ответ: Na₃PO₄; 32, 8 г)

6. Как изменится массовая доля сульфата меди в растворе после проведения электролиза 100 г раствора с массовой долей CuSO_4, равной 20%, если на катоде при этом выделилось 3, 2 г меди? Какой объем газа (н.у.) выделится на аноде? (Ответ: 12, 5%; 0, 56 л)