Здравствуйте, уважаемые читатели!
Спектр задач на количественные расчеты (34 задача в формате ЕГЭ по химии) достаточно велик. Существенное место в нем занимают задачи на электролиз. В своих статьях я много раз разбирала такие задачи. Но каждый год появляются определенные нюансы их решения. В этом году мне бы хотелось отметить использование соотношений между различными материальными потоками (между ионами в растворе, между газами в продуктах электролиза). Ниже будут разобраны 3 задачи на электролиз из сборника Д.В.Ходарева (https: www.ozon.ru%2Fproduct%2Fege-himiya-sbornik-tipovyh-variantov-diagnosticheskih-rabot-2-izd-hodarev-dmitriy-vyacheslavovich-794914125%2F):
Итак, задача 1
Примечания к задаче: типовая задача на электролиз раствора соли металла средней активности. Усложнения сконцентрированы в акценте на газообразные продукты электролиза:
- достаточно редкая ОВР с газообразными продуктами электролиза,
- необходимость составления системы уравнений, одно из которых - основано на выражение массовой доли через две переменные, второе - на соотношении между разными компонентами газообразных продуктов электролиза.
Решение.
1. Найдем состав смеси газов, образовавшейся в процессе электролиза:
А)2Cr2(SO4)3+6H2O=4Cr+3O2+6H2SO4 (1)
2H2O=2H2+O2 (2)
Б)Пусть n1 Cr2(SO4)3=х моль, n2 H2O=у моль, тогда:
n1(O2)=1,5x, n2(O2)=0,5y, n1+2(O2)=1,5x+0,5y моль;
n2(H2)= y моль.
Т.о., состав смеси газов после электролиза:
n сумм(O2)=1,5x+0,5y, n (H2)= y, n сумм(Н2+O2)=1,5х+1,5умоль
2. Характеристика процесса поглощeния газов раствором FeSO4
А)4FeSO4+O2+2H2SO4=2Fe2(SO4)3+2H2O (3)
Согласно условию, все вва прореагировали полностью, т.е.,
n3(O2)=1,5x+0,5y; n3(FeSO4)=4*(1,5x+0,5y); n3(Fe2(SO4)3)=2*(1,5x+0,5y) моль;
m(Fe2(SO4)3)=400*2*(1,5x+0,5y)=800*(1,5x+0,5y) г
m получ рра= 32*(1,5x+0,5y)+1000
Непоглощенный газ – Н2.
б)Согласно условию, V(H2)=V сумм(Н2+O2)/2, или:
n (H2)= n сумм(Н2+O2)/2, или(см.п.1б):
у=(1,5х+1,5у)/2, или: у=3х (4)
в) Согласно условию:
W(Fe2(SO4)3=0,471=800*(1,5x+0,5y)/( 32*(1,5x+0,5y)+1000) (5).
г)Составим систему из уравнений 4 и 5:
у=3х
0,471=800*(1,5x+0,5y)/( 32*(1,5x+0,5y)+1000), откуда х=0, 2 моль, у=0, 6 моль
3. Масса израсходованного сульфата хрома и концентрация FeSO4 :
m 1 Cr2(SO4)3=392х=78,4 г
m 4 FeSO4=4*152*(1,5x+0,5y) =608*0, 6=364,8 г
W FeSO4=364,8*100/1000=36,48%
Задача 2
Примечания к задаче: задача на электролиз раствора соли активного металла. Усложнения:
- Реакция Кольбе практически не использовалась в 34 задаче формата ЕГЭ (хотя в пробниках встречалась)
- Использование мольного соотношения между ионами в конечном растворе для определения глубины протекания предыдущей реакции
Решение.
1. Найдем состав раствора, полученного в результате электролиза:
А)Химизм электролиза:
(CH3COO)2Ba+2H2O=C2H6+2CO2 (газ)+Н2(газ)+Ва(ОН)2 (1)
Пусть n1(CH3COO)2Ba=x моль,
тогда n1 CO2=2х, n1 C2H6= n1 Н2=х моль, n1 Ва(ОН)2=х моль.
Б)Уменьшение массы раствора произошло за счет газообразных продуктов электролиза:
44*2х+30*х+2х=6, откуда х = 0,05 моль
В) характеристики полученного рра:
m рра= 255-6=249 г
n Ва(ОН)2=0,05 моль
nост(CH3COO)2Ba=(n исх (CH3COO)2Ba-0,05) моль
2. Найдем состав конечного раствора:
a) n исхK2CrO4=485*0,05/194=0, 125 моль
n исх K+=0,25 моль, n исх (CrO4)2-=0,125 моль,
б) химизм процессов:
Ва(ОН)2 + K2CrO4= ВаCrO4(осадок)+2КОН (2)
(CH3COO)2Ba + K2CrO4= ВаCrO4(осадок)+2СН3СООК(3)
n2+3 ВаCrO4=0,05+(n исх (CH3COO)2Ba-0,05)= n исх (CH3COO)2Ba
n конечн K+=0,25 моль,
n конечн (CrO4)2-=0,125- n2+3 ВаCrO4=0,125- n исх (CH3COO)2Ba
в) Согласно условию:
n конечн (CrO4)2-/ n конечн K+=1:10 или:
(0,125- n исх (CH3COO)2Ba)/0,25=0,1, откуда n исх (CH3COO)2Ba=0,1 моль
г) Т.о., в растворе находятся:
n K2CrO4 конечн= n конечн (CrO4)2=0,125-0,1=0,025 моль
n КОН конечн=2 n Ва(ОН)2=2*0,05=0,1 моль
n СН3СООК конечн=2 n nост(CH3COO)2Ba=2*(0,1-0,05)=0,1 мол
m кон. Рра= 249+485-253*0,1=708,7г
W K2CrO4=100*0,025*194/708,7=0,684%
W KОН=100*0,1*56/708,7=0,79%
W СН3СООК =100*0,1*98/708,7=1,38%
3. Найдем массу исходного кристаллогидрата:
n (CH3COO)2Ba*3Н2О= n исх (CH3COO)2Ba=0,1 моль
m КГ=0,1*309=30,9 г
Задача 3
Примечания к задаче: задача на электролиз раствора соли металла средней активности. Усложнения:
- необходимо найти состав кристаллогидрата по известному алгоритму атомистики и состав полученного из КГ раствора
- в реакции Кольбе в данном случае вода участвует только в катодном процессе (с выделением водорода). Анодного окисления воды до кислорода (как в предыдущей задаче) не происходит, поскольку в растворе присутствуют ацетат-ионы.
- необходимость составления системы уравнений, одно из которых - основано на выражение массовой доли через две переменные, второе - на соотношении между разными компонентами газообразных продуктов электролиза.
- использование на заключительном этапе порции полученного раствора.
Задача, на мой взгляд, перегружена усложнениями, что позволяет рассматривать ее не как прототип задачи реального ЕГЭ, а как тренажер для отработки:
- умения находить состав КГ;
- умения находить состав полученного из КГ раствора,
- умения выражать концентрацию полученного раствора через переменные
- умения выражать соотношения газовых потоков через переменные
- умения находить состав порции, отобранной из полученного раствора.
Решение.
1. Найдем состав КГ (CH3COO)2Zn*xH2O:
А) n сумм р в 1 моль КГ =(6+3+6+8*2)*2+30+10х=92+10х
М КГ=183+18х
Б) W(p)=(92+10x)/(183+18х)=0,5114, откуда х=2
КГ: (CH3COO)2Zn*2H2O
2. Найдем характеристики полученного при растворении КГ раствора:
n КГ=43,8/219=0,2 моль= n(CH3COO)2Zn
m рра=0,2*183/0,2=183 г
3. Характеристика процесса электролиза:
А) (CH3COO)2Zn+2H2O=C2H6(газ)+2CO2 (газ)+Н2(газ)+Zn(ОН)2(осадок) (1)
(CH3COO)2Zn = C2H6(газ)+2CO2 (газ)+Zn (2)
Пусть n1(CH3COO)2Zn=х моль, тогда:
n1 C2H6= n1 Н2= n1 Zn(ОН)2=х моль, n1 CO2=2х,
Пусть (CH3COO)2Zn =у моль, тогда:
n2 C2H6=у, n2 CО2=2у, n2Zn=y
nост (CH3COO)2Zn=0,2-х-у
б)m рра после электролиза=183-30 х -2*44 х -2х-99х-m2(CH3COO)2Zn =
=183-219х- 183у
Согласно условию:
Wост(CH3COO)2Zn=20- 6,9=13,1%, поэтому:
183*(0,2-х-у)/(183-219х-183у)=0,131 (3)
В) Состав газообразных продуктов эл-за:
n сумм газов= n1 C2H6+ n1 Н2+ n1 CO2+ n2 С2Н6+ n2 СО2=х+х+2х+у+2у=4х+3у
4. Характеристика процесса пропускания газообразных продуктов электролиза через раствор известковой воды
А) будет реагировать только СО2:
СО2+Са(ОН)2=СаСО3+Н2О (4)
Б)Оставшиеся газы:
nост(Н2,С2Н6)=х+х+ у = 2х+у
в) Согласно условию
n сумм газов/ nост(Н2, С2Н6)=2,6, или:
(4х+3у)/(2х+ у)=2,6 (5)
5. Определим характеристики отобранной из раствора после электролиза порции
А)Составим систему из уравнений 3 и 5:
183*(0,2-х-у)/(183-219х-183у)=0,131
(4х+3у)/(2х+ у)=2,6, откуда х=0,02 моль, у=0,06 моль
Б) m рра после электролиза=183-219х- 183у=183-219*0,02-183*0,06=167,64 г
Состав рра: n ост (CH3COO)2Zn=0,2-х-у=0,2-0,08=0,12 моль
В)согласно условию m порции= 27,94 г,
n(CH3COO)2Zn в порции=0,12*27,94/167,64=0,02 моль
6. Найдем содержание КОН в конечном рре:
А)n исх КОН=14*0,4/56=0,1 моль (избыток)
Б) (CH3COO)2Zn+ 4КОН=К2[Zn(OH)4]+2CH3COOK (6)
n6 КОН=4 n(CH3COO)2Zn=0,08 моль
n ост КОН=0,1-0,08=0,02 моль
в)m конечн рра= 14+27,94=41,94 г
W КОН=100*0,02*56/41,94=2,67%
Заранее благодарна за конструктивные замечания и дополнения.
Всего доброго!
P.S. Набираю учеников 9-11 классов для подготовки к ОГЭ, ЕГЭ.
