Здравствуйте, уважаемые читатели!
И снова я адресую свою статью тем, кто неравнодушен к решению сложных задач. Сегодня - авторская задача на электролиз. Включила в нее усложнения:
- "перелет"- когда в электролиз, после полного разложения соли, вступает вода
- естественно, "атомистика" - включая применение не только характеристик атомов (протоны, нуклоны) и молекул (число Авогадро), но и использование такой характеристики ионов, как количество электронов
- последовательно-параллельные процессы, результатом которых является одновременное нахождение кислых и средних солей в конечном растворе.
Итак, задача
585 г раствора хлорида натрия, массовая доля протонов натрия в котором составляет 2,82%, подвергли электролизу. Процесс прекратили, когда на аноде выделилось 6,02*10^23 молекул газа (н.у.). Через оставшийся раствор пропустили углекислый газ, при этом в конечном растворе общее количество электронов в катионах натрия в 1,25 раза больше общего количества нуклонов углерода. Вычислите массовые доли веществ в конечном растворе.
Решение.
1. Найдем состав исходного раствора NaCl:
m(протонов Na)=585*0,0282=16,5 г
n(протонов Na)=16,5/1=16,5 моль (учитываем, что М(р)=1г/моль)
n(Na+)=16,5/11=1,5 моль
n(NaСl)=n(Na+)=1,5 моль
2. Характеристика процесса электролиза:
а)Химизм:
2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2 (1)
2H2O=2H2+O2 (2)
Реакция 2 начинается только после того, как полностью пройдет реакция 1
б)На аноде выделятся Cl2 и O2.
n1+2( Cl2+О2)=6,02*10^23/6,02*10^23=1 моль
n1( Cl2)=0,5 n(NaСl)=0, 75моль, n1( Н2)=0, 75моль, n1( NaOH)=1,5моль,
n2(O2)=1-n1( Cl2)=1-0,75=0,25 моль, n2(H2O)=0,5 моль
в) состав полученного после электролиза раствора:
n ( NaOH)=1,5моль,
m раствора=585 -0,75*71-0,75*2-0,5*18=521,25 г
3. Характеристика процесса взаимодействия с СО2:
а)Химизм:
2NaOH+CO2=Na2CO3 +H2O (3)
NaOH+CO2=NaHCO3 (4)
б) n1( NaOH)= n3( NaOH) + n4( NaOH) =1,5моль
Пусть n3( Na2СО3)=х моль, n4( NaНСО3)=у моль,
Тогда: n3( NaOH)=2х, n4( NaOH)=у,
тогда 2х+у=1,5 (5)
в)Выразим соотношение между количеством электронов в ионах натрия и количеством нуклонов углерода в конечном растворе:
n3+4(Na+)=1,5моль; n(электронов Na+)=1,5*(11-1)=15 моль
n3+4(СО2 )=х+у, n3+4(С )=х+у, n(нуклонов С)=12*(х+у)моль
Согласно условию:
15=1,25*12(х+у) или 15=15(х+у) или х=у=1(6)
г) составим систему из уравнений 5 и 6:
2х+у=1,5
х+у=1, откуда х= 0,5 моль, у=0,5 моль
n3 ( Na2СО3)=0,5 моль, n4( NaНСО3)=0,5 моль,
nсумм( СО2)= n3(СО2 ) + n4(СО2) =1,0моль
4. Состав конечного раствора:
mконечного раствора=521,25+1*44=565,25 г
W(NaНСО3)=100*0,5*84/565,25=7,43%
W(Na2СО3)=100*0,5*106/565,25=9,38%
Ответ: 7,43%, 9,38%
В последующем запланировано разбор задач на электролиз
+кристаллогидраты,
+пластинки
+растворимость
+смеси двух солей одного металла
+реакции фосфатов с продуктами электролиза
+реакции (гидро)карбонатов с продуктами электролиза
+кислые соли в продуктах электролиза
.и ..............
Системно этот блок задач, адаптированный к реалиям ЕГЭ-2023, будет рассматриваться на вебинаре, который состоится в воскресенье, 5 февраля, в 18 мск. Зарегистрироваться на вебинар можно по ссылке:
Всего доброго!
