Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодняшняя статья посвящена электролизу раствора, в котором находится смесь солей. Варианты смесей могут быть самые разные. Вашему вниманию представлены две задачи. В одной из них я выбрала смесь ацетата серебра и нитрата серебра, т.е. двух солей одного слабого металла. Вторая задача -на электролиз смеси солей металла средней активности.
Итак, задача 1 (авторская).
Перед ее решением хотелось бы обратить внимание на следующие особенности:
- электролизу подвергается раствор солей слабого металла, поэтому в первую очередь на катоде будет происходить восстановление серебра, на аноде - окисление ацетат-аниона. И только после окончания этих процессов начинается электролиз воды
- "отдана дань" атомистике в "лице" протонов и электронов. Алгоритм нахождения состава - уже многократно рассматривался в других статьях. Приятной неожиданностью при составлении задачи было то, что обе соли содержат одинаковое количество протонов в расчете на 1 моль чистого вещества
- количества электронов, пропущенных через раствор в процессе электролиза, находятся в стехиометрических соотношениях с количествами других реагентов. Это позволяет "распределить" электроны по отдельным реакциям и определить характеристики полученного раствора
- магний может реагировать с раствором азотной кислоты с образованием разных продуктов восстановления азотной кислоты. Но только одна реакция протекает без выделения газа - реакция магния с очень разбавленной азотной ктой, в которой образуется нитрат аммония
Задача 1 .
Смешали нитрат серебра с ацетатом серебра в таком соотношении, чтобы количества протонов, содержащихся в каждой соли, были равны между собой. 33,7 г полученной смеси растворили в 1500 мл воды. Через раствор пропустили 1,505*10^23 электронов. К полученному раствору добавили избыток магния. Выделения газа не наблюдалось. Найти молярную концентрацию соли магния в конечном растворе(плотность раствора = 1, 012 г/мл)
Решение.
1. Найдем состав смеси:
а) Пусть n(AgNO3)=x моль, n(СH3COOAg)=y моль,
тогда, согласно условию: m смеси= 170х+ 167у=33,7 г (1)
б)n p (в AgNO3)=(1*47+1*7+3*8)*x=78 х
n p (в СH3COOAg)=(1*47+1*3+2*6+2*8)*у=78 у
Согласно условию n p (в AgNO3)=n p (в СH3COOAg), т.е. 78х=78у (2)
в) Составим систему из уравнений 1 и 2:
170х+ 167у=33,7
78х=78у, откуда х=у=0,1 моль, n(AgNO3)=0,1 моль, n(СH3COOAg)=0,1 моль,
2. Характеристика процессов электролиза:
a)2СH3COOAg ± 2e= 2Ag+ 2CO2+ C2H6(3)
4 AgNO3 +2H2O ± 4e= 4Ag+ O2+ 4HNO3(4)
2H2O± 4e=2H2+O2 (5)
б)Найдем количества электронов, участвующих в каждой из реакций:
n cумм e =1,505*10^23/6,02*10^23=0,25 моль, n cумм e =n3e +n4e+n5e
n3e=n(СH3COOAg)=0,1 моль, n4e=n(AgNO3)=0,1 моль,
n5e = 0,25-0,1-0,1=0,05 моль
в) состав полученного после электролиза раствора:
n(НNO3)=0,1 моль,
m рра= 33,7+1500-m3(Ag+CO2+C2H6)-m4(Ag+ O2 )-m5(Н2О )=
=1533,7-(0,1*108+0,1*44+0,05*30)-(0,1*108+0,025*32)- (0,025*18)=1504,95 г
3. Характеристика конечного раствора:
а) 10HNO3+4Mg=NH4NO3+4Mg(NO3)2+3H2O (6)
n6 (НNO3)=0,1 моль (согласно условию задачи кислота - в недостатке)
n6 (Mg)=0,04 моль, n6 (Mg(NO3)2)=0,04 моль, n6 (NH4NO3)=0,01 моль
б) m рра:1504,95+0,04*24=1505,91 г
V рра= 1505,91/1,012=1487,3 мл=1,488 л
в)См(Mg(NO3)2)=n6 (Mg(NO3)2)/V рра=0,04/1,488=0,027 моль/л
Задача 2 (из сборника И.Ю.Белавина)
Особенности этой задачи:
- электролизу подвергается раствор, содержащий смесь солей одного металла средней активности (хрома), т.е будет происходить три процесса: электролиз соли хрома (3), электролиз соли хрома(2) и электролиз воды. Необходимо отметить, что электродный потенциал хрома (3) несколько больше (-0,74 В), чем у хрома (2)-(-0,91В), т.е. в первую очередь будут разряжаться ионы Cr3+. Электролиз воды будет протекать параллельно с электролизом солей.
- расчеты в задаче основаны на материальном балансе исходных веществ и продуктов реакции
Задача 2
(667).Через 214 г раствора, содержащего сульфат хрома (II) и сульфат хрома (III) пропускали электрический ток, в результате чего в электролизере осталось только 170,2 мл раствора серной кислоты с молярной концентрацией 1,763 моль/л и плотностью 1,1 г/мл, а на электродах выделилось 20,16 л газов (н.у.), смесь которых имеет плотность по азоту, равную 0,5476. Определите массовые доли веществ в растворе до электролиза.
Решение.
1.Характеристика процессов электролиза:
a) 2Cr2(SO4)3 +6H2O± 12e=4Cr+3O2+6H2SO4 (1)
2CrSO4 +2H2O± 4e=2Cr+O2+2H2SO4 (2)
2H2O± 4e=2H2+O2 (3)
Поскольку в растворе, согласно условию, осталась только серная кислота, реакции 1 и 2 прошли полностью.
б) nсумм(H2SO4)=0,1702л*1,763моль/л=0,3 моль
n3 (Н2)+ n1-3 (О2)=20,16/22,4=0,9 моль
mсумм(Н2+ О2)=0,9*M(N2)*0,5476= 13,8 г
в) найдем количество выделенного хрома:
m1+2(Cr)=m исх рра-mсумм(Н2+ О2)-m конечн рра
m1+2(Cr)=214-(170,2*1,1+13,8)=12,98 г,
n1+2 (Cr) =12,98/52=0,25 моль
2.Найдем состав солей в растворе до электролиза:
а)Пусть n(CrSO4)=х моль, n(Cr2(SO4)3=у моль,
тогда n1+2 (Cr)=х+2у=0,25 (4)
nсумм(H2SO4)=n1+2 ((SO4)2-)=х+3у=0,3 (5)
б)Составим систему из уравнений 4 и 5:
х+2у=0,25
х+3у=0,3, откуда х=0,15 моль (CrSO4), у=0,05 моль(Cr2(SO4)3
в)W(CrSO4)=100*0,15*148/214=10,37%
W(Cr2(SO4)3)=100*0,05*392/214=9,16%
Заранее благодарна за конструктивные замечания.
Всего доброго!