Здравствуйте, уважаемые читатели!
14 ноября прошел первый вебинар из серии "48 задач на электролиз". Были разобраны решения 20 задач из сборника И.Ю.Белавина. В этой статье - анонс второго вебинара, который планирую провести 21.11. Думаю показать на вебинаре решения также не менее 20 (а может быть, и больше) задач, тем более, что их можно объединить по определенным признакам. Задачи, конечно, непростые, заставляют выходить из зоны комфорта. Тем не менее, хочу отметить по собственному опыту, что, с тех пор, как я стала системно отрешивать Белавина, времени на решение каждой последующей задачи тратится все меньше и меньше. Итак, одна из задач, которые будут рассмотрены 21.11.:
686. Через 173,9 мл раствора с плотностью 1,15 г/мл, содержащего нитрат ртути (II) с массовой долей 6,5 %, сульфат меди с массовой долей 8 % и хлорид натрия с массовой долей 14,63 %, пропустили постоянный электрический ток. В результате этого на электродах выделилось 26,88 л газов (н.у.). Определите массовые доли веществ в растворе после электролиза и количества веществ, выделившихся на электродах.
На что нужно обратить внимание при решении этой задачи:
а) в одном растворе находятся разные катионы и анионы. Необходимо учесть последовательность катодных и анодных процессов в соответствии с электродными потенциалами ионов;
б)при определении состава продуктов электролиза необходимо опираться как на баланс масс продуктов, так и на равенство количеств электронов, прошедших через катод и анод;
в)поскольку по окончании электролиза в растворе будет находиться смесь различных ионов, перед заключительным этапом решения (нахождение состава конечного раствора) должна быть проведена проверка на электронейтральность раствора: суммарный заряд всех катионов должен быть равен суммарному заряду всех анионов.
Решение.
1. Химизм процессов и предварительные расчеты:
Катод: Hg2+ + 2 e= Hg (1)
Cu2+ + 2 e= Cu (2)
H2O+1e= 0,5Н2+ ОН-(3)
Анод: 2Cl --2e=Cl2 (4)
H2O-2e=0,5O2+2Н+(5)
Н+ +ОН-=Н2О (6)
n(Hg(NO3)2=173,9*1,15*0,065/325=0,04 моль
n(СuSO4)=173,9*1,15*0,08/160=0,1 моль
n(NaCl)=173,9*1,15*0,1463/58,5=0,5 моль
В смесь газов входят Cl2 (обязательно), Н2 и О2 (возможно)
N смеси газов=26,88/22,4=1,2 моль
2. Идентифицируем протекающие процессы:
а)Реакции 3 и 5 пойдут только после того, как пройдут реакции 1,2,4.
Предположим, что прошли только реакции 1,2,4.
тогда n 3 Сl2 = 0,5 N(NaCl)=0,25 моль< N смеси газов<1,2 моль
Следовательно, вероятно прохождение также и реакций 3 и 5 (электролиз воды).
Пусть n3(H2O)=x , тогда n3(H2 )=0,5x,
Пусть n5(H2O)=у , тогда n5(О2 )=0,5у,
Составим уравнению по балансу газов:
N смеси газов= n 4 Сl2 + n3(H2 )+ n5( O2)=0,25+0,5(х+у)=1,2,
Количество электронов, прошедших через катод (реакции 1-3), должно быть равно количеству электричества, прошедшего через анод(реакции 4-5).
Составим уравнение по балансу электронов:
0,04*2+0,1*2+х=0,25*2+2у
Или:х-2у=0,22
Составим систему уравнений:
0,25+0,5(х+у)=1,2,
х-2у=0,22, откуда х= 1,34 моль, у= 0,56 моль
Т.е. при электролизе протекали реакции 1-5, причем n3(H2O)=1,34 моль, n5(H2O)=0,56 моль
3.На основании стехиометрии уравнений 1-5 и установленной числовой информации найдем количества веществ, выделившихся на электродах:
На катоде: 0,04 моль Hg, 0,1 моль Сu, 0,67 моль H2
На аноде: 0,25 моль Сl2 0,28 моль О2.
4. Найдем состав конечного раствора:
А) В растворе к окончанию электролиза будут находиться:
0,08 моль NO3-
0,1 моль SO42-
0,5 моль Na+
1,34 моль ОН-
1,12 моль Н+
Ионы ОН- и Н+ вступят в реакцию (6)
Н+ +ОН-=Н2О (6)
Образуется 1,12 моль Н2О и останется 0,22 моль ОН-
Проверим раствор на электронейтральность:
0,08*(-1)+0,1*(-2)+0,22*(-1)=(-0,5)
0,5*(+1)=(+0,5)
Суммарный заряд катионов по модулю равен суммарному заряду анионов. Раствор электронейтрален.
Т.о, в растворе будут находиться:
0,08 моль NaNO3, 0,1 моль Na2SO4, 0,22 моль NaОН
б)m конечного раствора=
=173,9*1,15-0,04*201-0,1*64-0,25*71-0,67*2-0,28*32=157,5 г
W(NaNO3)=0,08*85*100/157,5=4,32%
W(Na2SO4)=0,1*142*100/157,5=9,02%
W(NaОН )=0,22*40*100/157,5=5,59%
Зарегистрироваться на вебинар № 2 по электролизным задачам можно по ссылке:
https://forms.gle/kTtj7hFtpdk7GXsx9
Всего доброго!