Как найти газ выделяющийся на аноде - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

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 в ЕГЭ по химии пока нет.

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 + 4HO₃ + O₂

Количество вещества серебра, образовавшегося на катоде:

n(Ag) = m/M = 2,16 г/108 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·V_m = 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)/*m_р-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) = m_р-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) = m_р-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:

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

m(NaOH) = m_р-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:

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

Количество воды, которая подверглась электролизу:

m(H₂O) = m_р-ра,1(NaOH) – m_р-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·V_m =15,75 моль · 22,4 л/моль = 352,8 л

n(О₂) = 1/2·n(H₂O) = 7,875 моль

V(O₂) = n·V_m = 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.), выделившегося на аноде и массовую долю йодида калия в растворе.

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.

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) = m_{раствора}*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/V_m = 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 m_р-ра2равна:

m_р-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)₂и 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/*m_р-ра2 = 64/492 = 0,13 = 13%

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

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

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

m(H₂SO₄)₂ = ω(H₂SO₄)*m_р-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: 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).

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 прекратили, 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).

39. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г 16%-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 53 г 10%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю сульфата меди(II) в полученном растворе.

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

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O

Ответ: w(CuSO₄) = 11,79%

40. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г 16%-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди.

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

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

Ответ: m(раствора NaOH) = 40 г

41. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 135 г 40%-ного раствора хлорида меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 27 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 160 г 30%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щёлочи в полученном растворе.

CuCl₂ = Cu + Cl₂ (электролиз)

CuCl₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + 2NaCl

Ответ: w(NaOH) = 12,88%

42. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 390 г 15%-ного раствора хлорида натрия. После того как масса раствора уменьшилась на 21,9 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 160 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). Определите массовую долю хлорида натрия в полученном растворе.

2NaCl + 2H₂O = H₂ + 2NaOH + Cl₂ (электролиз)

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

Ответ: w(NaCl) = 4,6%

43. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 340 г 20%-ного раствора нитрата серебра. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 79,44 г. Вычислите массу 10%-ного раствора хлорида натрия, необходимого для полного осаждения ионов серебра из отобранной порции раствора.

4AgNO₃ + 2H₂O = 4Ag + 4HNO₃ + O₂ (электролиз)

AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃

Ответ: m(раствора NaCl) = 29,25 г

44. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 170 г 40%-ного раствора нитрата серебра. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 175,5 г 10%-ного раствора хлорида натрия. Определите массовую долю хлорида натрия в полученном растворе.

4AgNO₃ + 2H₂O = 4Ag + 4HNO₃ + O₂ (электролиз)

AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃

Ответ: w(NaCl) = 2%

45. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 282 г 40%-ного раствора нитрата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 32 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щёлочи в полученном растворе.

2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O = 2Cu + 4HNO₃ + O₂ (электролиз)

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O

Cu(NO₃)₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + 2NaNO₃

Ответ: w(NaOH) = 2,16%

46. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 640 г 15%-ного раствора сульфата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 32 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 400 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щёлочи в полученном растворе.

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

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

Ответ: w(NaOH) = 3,2%

47. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 234 г 20%-ного раствора хлорида натрия. После того как на катоде выделилось 6,72 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.

2NaCl + 2H₂O = H₂ + 2NaOH + Cl₂ (электролиз)

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

Ответ: w(NaOH) = 2,3%

48. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 470 г 20%-ного раствора нитрата меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 24 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 212 г 10%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю нитрата меди(II) в полученном растворе.

2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O = 2Cu + 4HNO₃ + O₂ (электролиз)

Na₂CO₃ + 2HNO₃ = 2NaNO₃ + CO₂ + H₂O

Ответ: w(Cu(NO₃)₂) = 5,79%

49. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 360 г 18,75%-ного раствора хлорида меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили и отобрали порцию полученного раствора массой 22,2 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.

CuCl₂ = Cu + Cl₂ (электролиз)

CuCl₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + 2NaCl

Ответ: m(раствора NaOH) = 8 г

50. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 376 г 30%-ного раствора нитрата меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 224 г 25%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щёлочи в полученном растворе.

2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O = 2Cu + 4HNO₃ + O₂ (электролиз)

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O

Cu(NO₃)₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + 2NaNO₃

Ответ: w(NaOH) = 1,46%

51. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 624 г 10%-ного раствора хлорида бария. После того как на катоде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. 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.

BaCl₂ + 2H₂O = H₂ + Ba(OH)₂ + Cl₂ (электролиз)

Ba(OH)₂ + Na₂CO₃ = BaCO₃ + 2NaOH

BaCl₂ + Na₂CO₃ = BaCO₃ + 2NaCl

Ответ: m(раствора Na₂CO₃) = 47,7 г

52. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 312 г 15%-ного раствора хлорида натрия. После того как на катоде выделилось 6,72 л (н.у.) газа, процесс остановили и отобрали порцию полученного раствора массой 58,02 г. Вычислите массу 20%-ного раствора сульфата меди(II), необходимого для полного осаждения гидроксид-ионов из отобранной порции раствора.

2NaCl + 2H₂O = H₂ + 2NaOH + Cl₂ (электролиз)

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

Ответ: m(раствора CuSO₄) = 48 г

53. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 340 г 20%-ного раствора нитрата серебра. После того как масса раствора уменьшилась на 23,2 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 175,5 г 20%-ного раствора хлорида натрия. Определите массовую долю хлорида натрия в полученном растворе.

4AgNO₃ + 2H₂O = 4Ag + 4HNO₃ + O₂ (электролиз)

AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃

Ответ: w(NaCl) = 5,05%

53. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 270 г 20%-ного раствора хлорида меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 120 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щёлочи в полученном растворе.

CuCl₂ = Cu + Cl₂ (электролиз)

CuCl₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + 2NaCl

Ответ: w(NaOH) = 2,3%

54. 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.

CuCl₂ = Cu + Cl₂ (электролиз)

CuCl₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + 2NaCl

Ответ: m(раствора NaOH) = 32 г

55. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 170 г 15%-ного раствора хлорида лития. После того как на аноде выделилось 2,24 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 410 г 16%-ного раствора фосфата натрия. Определите массовую долю фосфата натрия в полученном растворе.

2LiCl + 2H₂O = H₂ + 2LiOH + Cl₂ (электролиз)

3LiOH + Na₃PO₄ = Li₃PO₄ + 3NaOH

3LiCl + Na₃PO₄ = Li₃PO₄ + 3NaCl

Ответ: w(Na₃PO₄) = 6%

56. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 624 г 10%-ного раствора хлорида бария. После того как на катоде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 265 г 20%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю карбоната натрия в полученном растворе.

BaCl₂ + 2H₂O = H₂ + Ba(OH)₂ + Cl₂ (электролиз)

Ba(OH)₂ + Na₂CO₃ = BaCO₃ + 2NaOH

BaCl₂ + Na₂CO₃ = BaCO₃ + 2NaCl

Ответ: w(Na₂CO₃) = 2,6%

57. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 240 г 40%-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 4,48 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся в процессе электролиза раствору добавили 665,6 г 25%-ного раствора хлорида бария. Определите массовую долю хлорида бария в полученном растворе.

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

H₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2HCl

CuSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + CuCl₂

Ответ: w(BaCl₂) = 5,67%

58. 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 152 г 20%-ного раствора сульфата железа(II). Определите массовую долю хлорида калия в полученном растворе.

2KCl + 2H₂O = H₂ + 2KOH + Cl₂ (электролиз)

FeSO₄ + 2KOH = Fe(OH)₂ + K₂SO₄

Ответ: w(KCl) = 3,12%

59. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 80 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 0,896 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 28 г порошка железа. Определите массовую долю сульфата железа(II) в полученном растворе.

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

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂

Ответ: w(FeSO₄) = 19,5%

60. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 340 г 40%-ного раствора нитрата серебра. После того как масса раствора уменьшилась на 46,4 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 207,5 г 40%-ного раствора иодида калия. Определите массовую долю иодида калия в полученном растворе.

4AgNO₃ + 2H₂O = 4Ag + 4HNO₃ + O₂ (электролиз)

AgNO₃ + KI = AgI + KNO₃

Ответ: w(KI) = 4,08%

61. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 180 г 37,5%-ного раствора хлорида меди(II). После того как на аноде выделилось 6,72 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 55,8 г. Вычислите массу 10%-ного раствора сульфида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.

CuCl₂ = Cu + Cl₂ (электролиз)

CuCl₂ + Na₂S = CuS + 2NaCl

Ответ: m(раствора Na₂S) = 62,4 г

62. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 270 г 20%-ного раствора хлорида меди(II). После того как масса раствора уменьшилась на 40,5 г, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 70 г 40%-ного раствора гидроксида калия. Определите массовую долю щёлочи в полученном растворе.

CuCl₂ = Cu + Cl₂ (электролиз)

CuCl₂ + 2KOH = Cu(OH)₂ + 2KCl

Ответ: w(KOH) = 5,8%

63. Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 640 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). После того как на аноде выделилось 5,6 л (н.у.) газа, процесс остановили. К образовавшемуся раствору добавили 65 г порошка цинка. Определите массовую долю сульфата цинка в полученном растворе.

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

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂

Ответ: w(ZnSO₄) = 20,4%

Источник

Электролиз (греч. elektron — янтарь + lysis — разложение) — химическая реакция, происходящая при прохождении постоянного тока через
электролит. Это разложение веществ на их составные части под действием электрического тока.

Процесс электролиза заключается в перемещении катионов (положительно заряженных ионов) к катоду (заряжен отрицательно), и отрицательно
заряженных ионов (анионов) к аноду (заряжен положительно).

Итак, анионы и катионы устремляются соответственно к аноду и катоду. Здесь и происходит химическая реакция. Чтобы успешно решать задания
по этой теме и писать реакции, необходимо разделять процессы на катоде и аноде. Именно так и будет построена эта статья.

Катод

К катоду притягиваются катионы — положительно заряженные ионы: Na⁺, K⁺, Cu²⁺, Fe³⁺,
Ag⁺ и т.д.

Чтобы установить, какая реакция идет на катоде, прежде всего, нужно определиться с активностью металла: его положением в электрохимическом
ряду напряжений металлов.

Если на катоде появился активный металл (Li, Na, K) то вместо него восстанавливаются молекулы воды, из которых выделяется водород. Если металл средней
активности (Cr, Fe, Cd) — на катоде выделяется и водород, и сам металл. Малоактивные металлы выделяются на катоде в чистом виде (Cu, Ag).

Замечу, что границей между металлами активными и средней активности в ряду напряжений считается алюминий. При электролизе на катоде металлы
до алюминия (включительно!) не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды — выделяется водород.

В случае, если на катод поступают ионы водорода — H⁺ (например при электролизе кислот HCl, H₂SO₄) восстанавливается
водород из молекул кислоты: 2H⁺ — 2e = H₂

Анод

К аноду притягиваются анионы — отрицательно заряженные ионы: SO₄^2-, PO₄^3-, Cl^—, Br^—,
I^—, F^—, S^2-, CH₃COO^—.

При электролизе кислородсодержащих анионов: SO₄^2-, PO₄^3- — на аноде окисляются не анионы, а молекулы
воды, из которых выделяется кислород.

Бескислородные анионы окисляются и выделяют соответствующие галогены. Сульфид-ион при оксилении окислении серу. Исключением является фтор — если он
попадает анод, то разряжается молекула воды и выделяется кислород. Фтор — самый электроотрицательный элемент, поэтому и является исключением.

Анионы органических кислот окисляются особым образом: радикал, примыкающий к карбоксильной группе, удваивается, а сама карбоксильная группа (COO)
превращается в углекислый газ — CO₂.

Примеры решения

В процессе тренировки вам могут попадаться металлы, которые пропущены в ряду активности. На этапе обучения вы можете пользоваться расширенным рядом
активности металлов.

Теперь вы точно будете знать, что выделяется на катоде

Итак, потренируемся. Выясним, что образуется на катоде и аноде при электролизе растворов AgCl, Cu(NO₃)₂, AlBr₃,
NaF, FeI₂, CH₃COOLi.

Иногда в заданиях требуется записать реакцию электролиза. Сообщаю: если вы понимаете, что образуется на катоде, а что на аноде,
то написать реакцию не составляет никакого труда. Возьмем, например, электролиз NaCl и запишем реакцию:

NaCl + H₂O → H₂ + Cl₂ + NaOH (обычно в продуктах оставляют именно запись «NaOH», не подвергая его дальнейшему электролизу)

Натрий — активный металл, поэтому на катоде выделяется водород. Анион не содержит кислорода, выделяется галоген — хлор. Мы пишем уравнение, так
что не можем заставить натрий испариться бесследно Натрий вступает в реакцию с водой, образуется NaOH.

Запишем реакцию электролиза для CuSO₄:

CuSO₄ + H₂O → Cu + O₂ + H₂SO₄

Медь относится к малоактивным металлам, поэтому сама в чистом виде выделяется на катоде. Анион кислородсодержащий, поэтому в реакции выделяется
кислород. Сульфат-ион никуда не исчезает, он соединяется с водородом воды и превращается в серую кислоту.

Электролиз расплавов

Все, что мы обсуждали до этого момента, касалось электролиза растворов, где растворителем является вода.

Перед промышленной химией стоит важная задача — получить металлы (вещества) в чистом виде. Малоактивные металлы (Ag, Cu) можно легко получать
методом электролиза растворов.

Но как быть с активными металлами: Na, K, Li? Ведь при электролизе их растворов они не выделяются на катоде в чистом виде, вместо них восстанавливаются
молекулы воды и выделяется водород. Тут нам как раз пригодятся расплавы, которые не содержат воды.

В безводных расплавах реакции записываются еще проще: вещества распадаются на составные части:

AlCl₃ → Al + Cl₂

LiBr → Li + Br₂

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Для начала запишем уравнение электролиза водного раствора хлорида натрия. Натрий — активный металл, не идет на катод, заучит вместо него восстанавливается водород из воды. Хлорид ион идет на анод и общее уравнение электролиза выглядит так:

2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2

Теперь обратимся к условию задачи, там сказано, что на катоде выделилось 5 объемов газа, а на аноде только 3. Но по уравнению выше количество вещества хлора и водорода (а значит и их объемы) должны быть одинаковы. Если разлагается 1 моль хлорида натрия, то выделяется 0.5 моль хлора и также 0.5 моль водорода.

Разные объемы газов должны натолкнуть нас на мысль о том, что вся соль разложилась, а после этого электролизу также подвергалась вода. Вот по такому равнению:

2H2O = О2 + 2H2

Далее найдем количество вещества соли, помним, что она вся разложилась:

n(NaCl) = mр-ра*w/M = 234*0.05/58.5 = 0.2 моль

Далее определим количество веществ выделившихся в первой реакции газов (смотри первое уравнение реакции):

n(Сl2) = n(H2) = n(NaCl)/2 = 0.2/2 = 0.1 моль

Далее мы знаем, что соотношение объемов газов на катоде и аноде равнялось 5:3, значит и количество веществ этих газов соотносилось также. Примем, что количество вещества воды, разложившейся в реакции 2 равно х моль.

На катоде выделился водород в реакции 1 и 2:

n(Н2) = 0.1 + х моль

На аноде выделился хлор в реакции 1 и кислород в реакции 2:

n(Cl2) + n(O2) = 0.1 + x/2

Составляем уравнение:

(0.1 + х) : (0.1 + х/2) = 5:3
х = 0.4 — столько моль воды подверглось электролизу.

Осталось найти массовую долю вещества в растворе — после электролиза в нем находится только NaOH (вся исходная соль разложилась, а газы «улетели» из раствора).

w(NaOH) = m(NaOH)/m р-ра

Массу NaOH мы легко найдем через кол-во вещества, которое мы знаем по начальным расчетам:

n(NaOH) = n(NaCl) = 0.2 моль

Чтобы найти массу конечно раствора, нужно понять, что с ним происходило. Во время электролиза соли по реакции 1 из растра вылетали газы — хлор и водород — их массы мы должны вычесть из начальной массы раствора. Далее во время электролиза воды из раствора ушли водород и кислород — их массы тоже нужно вычесть (либо вычесть массу разложившейся воды, что будет аналогично). Итак, масса конечного раствора:

m р-ра = m р-ра нач. — m(Сl2) — m(H2) — m(H2O) = 234 — 0.1*71 — 0.1*2 — 0.4*18 = 219.5 г

w(NaOH) = m(NaOH)/m р-ра = 0.2*40 / 219.5 = 0.036 (3.6%)

Задача решена (: Опять же, такая задача не попадется на ЕГЭ — она слишком простая — но как часть более сложной задачи, вполне может быть.

Начинаем с уравнения реакции:

2СuSO4 + 2Н2О = 2Cu + Н2SО4 + О2

Масса раствора уменьшается, т.к. на катоде выделяется медь, а на аноде кислород — оба вещества уходят из раствора. Пока мы не знаем, подвергалась ли электролизу вода, либо только соль. Для того, чтобы это понять, нужно найти количество вещества соли:

n(CuSO4) = m р-ра*w/M = 320*0.2/(160) = 0.4 моль

Если вся соль подверглась электролизу, то количество веществ меди и кислорода, которые при этом выделились равно:

n(Cu) = n(CuSO4) = 0.4 моль
n(O2) = n(CuSO4)/2 = 0.2 моль

Масса меди и кислорода:

m(Cu) + m(O2) = 0.4*64 + 0.2*32 = 32г — больше, чем по условию задачи. Значит соль разложилась не полностью, а раз так, то и вода не подвергалась электролизу в этом случае.

Чтобы найти количество вещества разложившейся соли, выразим это количество через х моль, тогда меди на катоде выделилось также х моль, а кислорода на аноде х/2 моль. Далее выразим через х массы этих веществ и составим уравнение:

m(Cu) + m(O2) = 24 — на столько граммов уменьшилась масса раствора
х*64 + х/2*32 = 24
х = 0.3 моль

Далее находим количество вещества образовавшейся кислоты и массу раствора:

n(Н2SO4) = n(CuSO4) по реакции 1 = 0.3 моль

m р-ра = m р-ра нач. — m(О2) + m (Сu) = 320 — 24 = 296 г

Обрати внимание, что при нахождении массы раствора не обязательно отдельно вычитать массы меди и кислорода, нам изначально сказали, что расторжений стал меньше на 24 г, поэтому просто вычитаем это число)

Осталось найти массовую долю серной кислоты:

w(Н2SO4) = m/m р-ра = 0.3*98/296 = 0.099 (9.9%)

В этом случае соль содержит катано металла средней активности. Это значит, что на катоде восстанавливается и водород из воды и никель из соли. Мы должны записать ДВА уравнения реакции:

NiCl2 + 2H2O = H2 + Cl2 + Ni(OH)2 — здесь восстановление водорода из воды
NiCl2 = Ni + Cl2 — здесь восстановление никеля

Нас попросили найти массовую долю хлорида никеля, значит, что соль не полностью разложилась и электролиза воды (отдельно) не было.

Чтобы решить эту задачу нужно ввести две переменные — т.к. у нас есть неизвестные величины в двух разных уравнениях реакции.

Пусть количество вещества хлорида никеля разложившееся по уравнению 1 — х моль, а по уравнению 2 — у моль, тогда:

n(Cl2 реация 1) = х моль
n(Н2 реация 1) = х моль
n(Cl2 реация 2) = у моль

Мы знаем, что на аноде выделился хлор (суммарно х + у моль) и по условию его было в два раза больше чем газа на катоде (водорода, всего х моль), поэтому :

(х + у)/2 = х

У нас два неизвестных и только одно уравнение. Нужно еще одно. Для этого нам дали изменение массы раствора. Раствор уменьшился, т.к. из него ушли газы, выпал в осадок гидроксид никеля и ушел на катод металлический никель, т.е. изменение массы раствора:

m(H2) + m(Cl2 реакция 1) + m(Ni(OH)2) + m(Ni) + m(Cl2 реакция 2) = 59.2

Выразим массы всех веществ через х и у и молярные массы:

2х + 71х + 93х + 59у + 71y = 59.2

Вместе с первым уравнением получим систему:

166х + 130y = 59.2
(х + у)/2 = х

х = y = 0.2 моль

Получается, в реакции 1 и в реакции 2 разложилось по 0.2 моль хлорида никеля, суммарно 0.4 моль. Чтобы найти массовую долю оставшейся соли, найдем исходное кол-во вещества этой соли:

n(NiCl2) = m р-ра*w/M = 650*0.1/(130) = 0.5 моль
n(NiCl2 ост) = 0.5 — 0.4 = 0.1 моль

Массовая доля хлорида никеля в растворе:

w(NiCl2) = m/m р-ра = 0.1*130/(650 — 59.2) = 0.022 (2.2%)

В этой задаче было легко найти массу конченого раствора, т.к. нам в условии сказали, на сколько изменилась его масса. Всегда внимательно читай условия задачи, чтобы тратить зря драгоценное время на экзамене (:

Источник

Вычисление массы продуктов электролиза с использованием закона Фарадея

Электролиз раствора серной кислоты

Задача 39.
Вычислить массу газа, выделившегося на аноде при электролизе раствора серной кислоты, производившегося в течение 10 мин при силе тока 3 А.
Решение:
р-р H₂SO₄;
t = 10 мин = 600 с;
I = 3 A;
F = 96 500 Кл/моль
m (O₂) — ?
Электролиз раствора серый кислоты сводится к электролизу воды:

Диссоциация молекулы H₂SO₄:

H₂SO₄ = 2Н⁺ + SO₄^2-

На электродах протекают следующие реакции:

Катод: 2|2Н⁺ + 2 = Н₂↑
Анод: 1|2H₂O — 4 = O₂↑+ 4H⁺

Полное уравнение:

4Н⁺ + 2Н₂О = 2Н₂↑ + О₂↑ + 4Н⁺

После сокращения ионов водорода в левой и правой частях уравнения, получим:

2Н₂О = 2Н₂↑ + О₂↑

Так как на аноде выделяется кислород:

2H₂O — 4 = O₂↑ + 4H⁺;

Тогда

n = 4

m(O₂) = [M(O₂) ^. I ^. t]/(n ^. F) = (32 г/моль ^. 3 А ^. 600 с)/ (4 ^. 96500 A ^. c/моль) = 0,15 г.

Ответ: m(O₂) = 0,15 г.

Электролиз растворов солей нитрата серебра (I), сульфата меди (II) и хлорида золота (III)

Задача 40.
Через последовательно включенные в цепь постоянного тока растворы нитрата серебра (I), сульфата меди (II) и хлорида золота (III) пропускали ток силой в течение 20 мин. Рассчитайте массы металлов, осевших на катоде.
Решение:
р-ры AgNO₃; CuSO₄; AuCl₃
I = 2,5 A
t = 20 мин = 1200 с
F = 96500 Кл/моль
m (Ag) — ?
m (Cu) — ?
m (Au) — ?

1) Все металлы, катионами которых образованы данные соли, находятся в ряду активности металлов «после водорода», значит на катодах будет протекать реакция восстановления только металлов:

►Ag⁺ + 1 = Ag⁰; n = 1, M(Ag) = 108 г/моль;
►Cu²⁺ + 2 = Cu⁰ ; n = 2, M(Cu) = 64 г/моль;
►Au³⁺ + 3 = Au⁰ ; n = 3, M(Au) = 197 г/моль.

2) По формуле объединенного закона электролиза:

m (в-ва) = [M(в-ва) ^. I ^. t]/(n ^. F)

Вычисляем массы металлов, получим:

m(Ag) = (108 г/моль ^. 2,5 А ^. 1200 с)/ (1 ^.96500 A ^. c/моль) = 3,358 = 3,36 г;
m(Cu) = (64 г/моль ^. 2,5 А ^. 1200 с)/ (2 ^.96500 A ^. c/моль) = 0,995 = 1,00 г;
m(Au) = (197 г/моль ^. 2,5 А ^. 1200 с)/ (3 ^. 96500 A ^. c/моль) = 2,042 = 2,00 г;

Ответ: m(Cu) = 1 г, m(Ag) = 3,36 г, m(Au) = 2 г.

Источник

Сегодня у нас урок химии 107 — Задачи и упражнения по электролизу и окислительно-восстановительным процессам с решениями. Как изучить? Полезные советы и рекомендации повторите предыдущие уроки химии.

При обнаружении неточностей, или если появятся неясные моменты, просьба написать в комментариях. Отвечу на все вопросы.

Какой объем газа (при н.у.) выделится на аноде при электролизе расплава хлорида калия, если на катоде выделяется 11,7 г металла?

1) 11,2; 2) 3,36; 3) 16,8; 4) 22,4.

Решение:

Электролиз расплава хлорида калия:

2KCl → 2K + Cl₂↑

А(К) = 39 г/моль.

n(K) = 11,7/39 = 0,3 моль;

n(Cl₂) = n/2(K) = 0,3/2 = 0,15 моль;

V(Cl₂) = 22,4 ⃰0,15 = 3,36 л.

Ответ: 2.

Вычислите объём в литрах газа, выделяющегося на аноде при электролизе водного раствора гидроксида кальция с инертными электродами, если на катоде выделился газ объемом 67,2 л (при н.у.).

1) 16,8; 2) 11,2; 3) 33,6; 4) 5,6.

Решение:

Электролиз водного раствора гидроксида кальция с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: 2Н⁺ + 2е^— → Н₂;

Анодный процесс A(+) будет: 2H₂O — 4 е^— → O₂ + 4Н⁺;

Процесс электролиза сводится к разложению воды:

2H₂O(электролиз) → 2H₂↑ + O₂↑.

n(H₂) = 67,2/22,4 = 3 моль;

n(O₂) = n(H₂)/2 = 3/2 = 1,5 моль;

V(O₂) = 22,4 ⃰1,5 = 33,6 л.

Ответ: 3.

Какая масса (в граммах) гидроксида лития образуется в растворе при электролизе водного раствора хлорида лития с инертными электродами с инертными электродами, если на аноде выделяется 10,08 л газа (н.у.)?

1) 24; 2) 46; 3) 19; 4) 21,6.

Решение:

Электролиз водного раствора хлорида лития с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: 2Н⁺ + 2е^— → Н₂;

Анодный процесс A(+) будет: 2Cl^— — 2е^— → Cl₂;

Cуммарный процесс электролиза:

2LiCl + 2H₂O (электролиз) → H₂↑ + Cl₂↑ + 2LiOH.

n(Cl₂) = 10,08/22,4 = 0,45 моль;

n(LiOH) = 2n(Cl₂) = 0,45 ⃰0,45 = 0,9 моль;

М(LiOH) = 24 г/моль;

m(LiOH) = 24 ⃰0,9 = 21,6 г.

Ответ: 4.

Определите массу (в граммах) азотной кислоты, образующейся в растворе при электролизе водного раствора нитрата меди с инертными электродами, если на катоде выделяется 8 г вещества.

1) 35,8; 2) 60; 3) 15,75; 4) 48,9.

Решение:

Электролиз водного раствора нитрата меди с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: Cu ²⁺ + 2е^— → Cu;

Анодный процесс A(+) будет: 2H₂O — 4 е^— → O₂ + 4Н⁺;

Cуммарный процесс электролиза:

2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O (электролиз) → 2Cu + O₂↑ + 4HNO₃.

М(Cu) = 64 г/моль;

n(Cu) = 8/64 = 0,125 моль;

n(HNO₃) = 2n(Cu) = 0,125 ⃰2 = 0,25 моль;

М(HNO₃) = 63 г/моль;

m(HNO₃) = 0,25 ⃰63 = 15,75 г.

Ответ: 3.

Какая масса газа выделится на аноде (в граммах) при полном электролизе 320 г 10 %-го водного раствора сульфата меди?

1) 3,2; 2) 12,8; 3) 19,2; 4) 25,6.

Решение:

Электролиз водного раствора сульфата меди с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: Cu²⁺ + 2е^— → Cu;

Анодный процесс A(+) будет: 2H₂O — 4 е^— → O₂ + 4Н⁺;

Cуммарный процесс электролиза:

2CuSO₄ + 2H₂O (электролиз) → 2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄.

m(CuSO₄) = 320 ⃰10/100 = 32 г;

М(CuSO₄) = 160 г/моль;

n(CuSO₄) = 32/160 = 0,2 моль;

n(O₂) = n(CuSO₄)/2 = 0,1 моль;

М(O₂) = 32 г/моль;

m(O₂) = 0,1 ⃰32 = 3,2 г.

Ответ: 1.

При погружении в раствор нитрата серебра медной пластинки массой 120 г. произошло полное вытеснение серебра. При этом, масса пластинки увеличилась на 3,8 %. Какая масса серебра содержалось в растворе?

1) 3,24; 2) 6,48; 3) 2,43; 4) 12,96.

Решение:

2AgNO₃ + Cu → 2Cu(NO₃)₂ + 2Ag↓;

Масса медной пластинки после выделения серебра будет:

m(Cu) = 120 ⃰103,8/100 = 124,56 г;

М(Cu) = 64 г/моль;

М(Ag) = 108 г/моль;

Из уравнения реакции видно, что при растворении 1 моля Cu (64 г), выделяется 2 моля серебра (216 г). При этом масса пластинки увеличивается на:

Δm = 216 – 64 = 152 г;

По условию задачи,

Δm = 124,56 – 120 = 4,56 г;

Тогда верна будет пропорция:

216 г Ag увеличивают массу пластинки на 152 г

х г Ag увеличивают массу пластинки на 4,56 г

Оттуда, х = 216 ⃰4,56/152 = 6,48 г.

Ответ: 2.

Электролиз раствора медного купороса выделил на аноде 6,72 л газа (н.у.). Какова масса вещества (граммы) выделившегося на катоде?

1) 19,2; 2) 9,6; 3) 76,8; 4) 38,4.

Решение:

Электролиз водного раствора медного купороса с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: Cu ²⁺ + 2е^— → Cu;

Анодный процесс A(+) будет: 2H₂O — 4 е^— → O₂ + 4Н⁺;

Cуммарный процесс электролиза:

2CuSO₄ + 2H₂O (электролиз) → 2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄

n(O₂) = 6,72/22,4 = 0,3 моль;

n(Cu) = 2n(O₂) = 0,6 моль;

М(Cu) = 64 г/моль;

m(Cu) = 64 ⃰0,6 = 38,4 г;

Ответ: 4.

При проведении электролиза расплава хлорида неизвестного металла, дающего трехзарядный катион, на аноде выделилось 1,344 л газа (н.у.), а на катоде – 1,08 г металла. Определите неизвестный металл. (В ответе укажите молярную массу хлорида.)

1) 144,5; 2) 189,5; 3) 133,5; 4) 203,5.

Решение:

Электролиз расплава хлорида трехвалентного металла:

2МеCl₃ → 2Ме + 3Cl₂↑

n(Cl₂) = 1,344/22,4 = 0,06 моль;

n(Ме) = 2/3n(Cl₂) = 2 ⃰0,06/3 = 0, 04 моль;

М(Ме) = 1,08/0,04 = 27 г/моль;

Трехвалентный металл – Алюминий.

М(МеCl₃) = 133,5 г/моль.

Ответ: 3.

400 мл раствора с массовой долей КOH 12 % (ρ = 1,11 г/мл) подвергли электролизу, в результате которого на аноде выделилось 26,88 л газа (н.у.). Какова массовая доля (%) находящегося в растворе вещества после электролиза. (Массовую долю в ответе укажите с точностью до десятых).

1) 13,3; 2) 15,6; 3) 18,4; 4) 14,1.

Решение:

m(р-ра КOH) = 400 ⃰1,11 = 444 г;

m(КOH) = 444 ⃰12/100 = 53,28 г;

Электролиз водного раствора гидроксида калия с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: 2Н⁺ + 2е^— → Н₂;

Анодный процесс A(+) будет: 2H₂O — 4 е^— → O₂ + 4Н⁺;

Процесс электролиза сводится к разложению воды:

2H₂O(электролиз) → 2H₂↑ + O₂↑;

n(O₂) = 26,88/22,4 = 1,2 моль;

М(O₂) = 32 г/моль;

m(O₂) = 32 ⃰1,2 = 38,4 г;

n(H₂) = 2n(O₂) = 2 ⃰1,2 = 2,4 моль;

М(H₂) = 2 г/моль;

m(H₂) = 2 ⃰2,4 = 4,8 г;

m(р-ра КOH после электролиза) = 444 – (38,4 + 4,8) = 400,8 г;

ω(р-ра КOH после электролиза) = 53,28 ⃰100/400,8 = 13,3 %.

Ответ: 1.

Сколько граммов перманганата калия потребуется для реакции с хлористоводородной кислотой, если полученный хлор, при пропускании через раствор иодида натрия выделяет 40 г брома? (в ответе укажите массу (г) перманганата калия с точностью до десятых.)

1) 7,9; 2) 15,8; 3) 23,7; 4) 31,6.

Решение:

2KMnO₄ + 16HCl = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 8H₂O

Cl₂ + 2NaBr = 2NaCl + Br₂

М(Br₂) = 160 г/моль;

n(Br₂) = 40/160 = 0,25 моль;

n(Cl₂) = n(Br₂) = 0,25 моль;

М(KMnO₄) = 158 г/моль;

n(KMnO₄) = 2/5n(Cl₂) = 2 ⃰0,25/5 = 0,1 моль;

m(KMnO₄) = 158 ⃰0,1 = 15,8 г.

Ответ: 2.

В разбавленной азотной кислоте растворили 3 моля магния. Какова масса азотной кислоты, которая была израсходовано только на процесс окисления магния, если одним из продуктов реакции является азот?

1) 40,8; 2) 22,6; 3) 31,5; 4) 75,6.

Решение:

12HN⁺⁵O₃ + 5Mg⁰ = 5Mg²⁺(N⁺⁵O₃)₂ + N₂⁰↑ + 6H₂O

2N⁺⁵ + 10e^— = 2N⁰

5Mg⁰ — 2e^— = 5Mg²⁺

Из уравнения реакции и электронного баланса видно, что 5 атомов магния (восстановитель) отдают 10 элетронов, которые принимаются двумя атомами азота в азотной кислоте в степени окисления +5. При этом, из каждых двух молей азотной кислоты, участвующих в окислении, образуется одна моль газообразного азота, остальные 10 молей HNO₃ участвуют в реакции обмена.

Для процесса окисления-восстановления можно написать:

2HNO₃ + 5Mg⁰ → 5Mg²⁺ + N₂⁰↑ + 2H⁺

Тогда, количество молей HNO_3, взаимодействуэщих с тремя молями магния будет:

n(HNO₃) = 2 ⃰3/5 = 1,2 моль;

М(HNO₃) = 63 г/моль;

m(HNO₃) = 1,2 ⃰63 = 75,6 г;

Ответ: 4.

Напишите уравнение реакции взаимодействия дихромата калия с бромидом калия в сернокислом растворе. Сколько граммов брома выделяется, если для реакции взято 200 мл 0,2 М раствора K₂Cr₂O₇, а выход брома равен 85 %? (Ответ с точностью до сотых.)

1) 28,15; 2) 21,26; 3) 16,32; 4) 36,49.

Решение:

K₂Cr₂⁶⁺O₇ + 6KBr^— + 7H₂SO₄ = 4K₂SO₄+ Cr₂⁺³(SO₄)₃ + 3Br₂⁰ + 7H₂O

2Cr⁶⁺ + 6e^— = 2Cr³⁺

2Br⁰ — 2e^— = 2Br⁰

М(K₂Cr₂O₇) = 294 г/моль;

n(K₂Cr₂O₇) = 0,2 ⃰200/1000 = 0,04 моль;

n(Br₂) = 3n(K₂Cr₂O₇) = 0,04 ⃰3 = 0,12 моль;

М(Br₂) = 160 г/моль;

m(Br₂) = 0,12 ⃰160 ⃰85/100 = 16,32 г.

Ответ: 3.

В концентрированной азотной кислоте было растворено 27 г металлического серебра. Какая масса азотной кислоты (в граммах) была израсходована только на процесс солеобразования? (Ответ с точностью до сотых.)

1) 15,75; 2) 32,63; 3) 44,56; 4) 18,45.

Решение:

2HN⁺⁵O₃(конц.) + Аg⁰ = Аg⁺N⁺⁵O₃ + N⁺⁴О₂↑ + H₂O

N⁺⁵ + e^— = N⁺⁴

Аg⁰ — e^— = Аg⁺

Из уравнения реакции и электронного баланса видно, что 1 атом серебра (восстановитель) отдает 1 электрон, который принимается одним атомом азота в азотной кислоте в степени окисления +5. При этом, из каждой молекулы азотной кислоты, участвующей в окислении, образуется одна молекула газообразного оксида азота (IV), остальная 1 молекула HNO₃ участвует в реакции солеобразования.

Тогда, для процесса солеобразования можно будет написать:

А(Аg) = 108 г/моль;

n(Аg) = 27/108 = 0,25 г/моль;

n(Аg) = n(HNO₃) = 0,25 г/моль;

М(HNO₃) = 63 г/моль;

m(HNO₃) = 0,25 ⃰63 = 15,75 г;

Ответ: 1.

Какую массу (в граммах) 20,6 %-го раствора бромида натрия следует подвергнуть электролизу, чтобы выделившийся галоген вытеснил 12,7 г йода из иодида натрия?

1) 70; 2) 50; 3) 40; 4) 80.

Решение:

Электролиз водного раствора бромида натрия с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: 2Н⁺ + 2е^— → Н₂;

Анодный процесс A(+) будет: 2Br^— — 2е^— → Br₂;

Cуммарный процесс электролиза:

2NaBr + 2H₂O (электролиз) → H₂↑ + Br₂↑ + 2NaOH;

Реакция брома с иодидом натрия:

Br₂ + 2NaI = 2NaBr + I₂

М(I₂) = 254 г/моль;

n(Br₂) = n(I₂) = 12,7/254 = 0,05 моль;

n(NaBr) = 2n(Br₂) = 2 ⃰0,05 = 0,1 моль;

М(NaBr) = 103 г/моль;

m(NaBr) = 103 ⃰0,1 = 10,3 г.

m(р-ра NaBr) = 10,3 ⃰100/20,6 = 50 г.

Ответ: 2.

Из приведенных вариантов электролиза расплава гидроксида натрия выберите правильный (анод нерастворимый):

1) Na, O₂, H₂O; 2) H₂, O₂, H₂O; 3) Na₂O, O₂, H₂; 4) NaO₂, H₂, H₂O.

Решение:

Электролиз расплава гидроксида натрия с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: 4Na⁺ + 4е^— → 4Na;

Анодный процесс A(+) будет: 4OH^— — 4е^— → O₂+ 2H₂O;

Cуммарный процесс электролиза:

4NaOH (электролиз) → 4Na + O₂↑ + 2H₂O;

Ответ: 1.

Из приведенных вариантов, продуктами электролиза раствора гидроксида калия являются (анод инертный):

1) К₂O и H₂; 2) H₂O и O₂; 3) H₂O и H₂4) H₂ и O₂; .

Решение:

Электролиз водного раствора гидроксида калия с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: 2Н⁺ + 2е^— → Н₂;

Анодный процесс A(+) будет: 2H₂O — 4 е^— → O₂ + 4Н⁺;

Процесс электролиза сводится к разложению воды:

2H₂O(электролиз) → 2H₂↑ + O₂↑.

Ответ: 4.

Электролиз раствора нитрата серебра сопровождается выделением газа _____________. Запишите название газа в родительном падеже.

Решение:

Электролиз водного раствора нитрата серебра с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: Ag⁺ + е^— → Ag;

Анодный процесс A(+) будет: 2H₂O — 4е^— → O₂ + 4Н⁺;

Cуммарный процесс электролиза:

4AgNO₃ + 2H₂O (электролиз) → 4Ag + O₂↑ + 4HNO₃

Ответ: кислорода.

При электролизе водных растворов, содержащих смесь катионов Fe²⁺, Ag⁺, Cо²⁺и К⁺, раньше восстанавливаются на катоде катионы _______________. Запишите название металла в родительном падеже.

Решение:

Металлы в ряду активности расположены в порядке убывания их активности:

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Чем правее расположен металл в этом ряду, тем он менее активен и легче восстанавливается на катоде.

Ответ: серебра.

При электролизе расплава и раствора какого вещества получаются одинаковые продукты

1) CuSO₄; 2) Cu(NO₃)₂; 3) CuCl₂; 4) KCl.

Решение:

Электролиз расплава и раствора хлорида меди(II) дает медь и хлор.

Ответ: 3.

При электролизе расплава хлорида двухвалентного металла массой 19 г на аноде выделяется газ объемом 4,48 л (при н.у.). Определите металл ____________.

Решение:

Электролиз расплава хлорида двухвалентного металла:

МеCl₂ = Ме + Cl₂↑

n(Cl₂) = n(МеCl₂) = 4,48/22,4 = 0,2 моль;

М(МеCl₂) = 19/0,2 = 95 г/моль;

М(Cl₂) = 71 г/моль;

А(Ме) = 95 – 71 = 24 г/моль.

Такую атомную массу имеет магний.

Ответ: магний.

Из ниже приведенных окислительно-восстановительных процессов с участием воды протекает:

электролиз

1) NaCl + … → Na + Cl₂;

2) CaH₂ + … → Ca(OH)₂ + H₂;

3) 2ZnS + … → 2SO₂ + 2ZnO;

_{электролиз}

4) 2CuSO₄ + … → 2Cu + O₂ + 2SO₃.

Решение:

С участием воды протекает окислительно-восстановительная реакция под номером 2.

Ответ: 2.

Какой ион является окислителем в реакции бария с концентрированной азотной кислотой?

1) Ва²⁺; 2) H⁺; 3) Ва⁰; 4) NO₃^—.

Решение:

4Ва⁰ + 10HN⁵⁺O_3(конц) = 4Ва²⁺(NO₃)₂ + N⁺₂O + 5Н₂О

Ва⁰ + 2е^— = Ва²⁺

2N⁵⁺ +8е^— = 2N⁺

Видно, что окислителем является N⁵⁺, входящий в состав иона NO₃^—.

Ответ: 4.

При электролизе водного раствора фосфата калия на аноде выделяется

1) Р₂O₅; 2) Р₂О₃; 3) H₂; 4) O₂.

Решение:

Электролиз водного раствора фосфата калия с инертными электродами:

Катодный процесс К(-) будет: 2Н⁺ + 2е^— → Н₂;

Анодный процесс A(+) будет: 2H₂O — 4 е^— → O₂ + 4Н⁺;

Процесс электролиза сводится к разложению воды:

2H₂O(электролиз) → 2H₂↑ + O₂↑.

Ответ: 4.

Сульфит натрия в водных растворах

1) проявляет только окислительные свойства;

2) проявляет только восстановительные свойства;

3) проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства;

4) не проявляет окислительно-восстановительных свойств.

Решение:

Сера может находиться в степенях окисления: S^2-; S⁴⁺; S⁶⁺.

В сульфите натрия — Na₂⁺S⁴⁺O₃^2-она находится в степени окисления S⁴⁺. Следовательно, может проявлять, как окислительные, так и восстановительные свойства.

Ответ: 3.

Сульфид калия в водных растворах

1) проявляет только окислительные свойства;

2) проявляет только восстановительные свойства;

3) проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства;

4) не проявляет окислительно-восстановительных свойств.

Решение:

Сера может находиться в степенях окисления: S^2-; S⁴⁺; S⁶⁺.

В сульфиде калия – К₂⁺S^2-, она находится в степени окисления S^2-. Следовательно, может проявлять только восстановительные свойства.

Ответ: 2.

Это был у нас урок химии 107 — Задачи и упражнения по электролизу и окислительно-восстановительным процессам с решениями.

Подружитесь со мной:

Источник