Методичка на тему Примеры решения задач по реакциям электролиза
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2014-12-18Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Методическое пособие
Примеры решения задач по реакциям электролиза
Задача №1
При электролизе 1л раствора хлорида меди (II) на катоде выделилась медь массой 12,7г. Вычислите объем газа (н.у.), выделившегося на аноде, если плотность раствора близка к 1 г/мл.
Решение
Vр-ра CuCl2=1л
1г/мл
m(Cu)=12,7г
V (Cl2) - ?, н.у.
раствор CuCl2 = Cu2++2Cl –
(H2O)
на катоде : Cu2+, H2O(H+)
на аноде : Cl –, H2O
1 2 2 
Cu2+ + 2 
Cu0
1 2 
2Cl— - 2 Cu20
Cu2+ + 2Cl – Cu0 + Cl2
m=12,7г V-?
Cu Cl2 = Cu↓ + Cl2↑
раствор М=64 г/моль Vm=22,4 л/моль
1 моль 1 моль
1) V(Cl2) = 
(Cl2) Ÿ Vm
2) 
, 
V (Cl2) = 0,198 моль Ÿ 22,4 л/моль =4,44 л
Ответ: V (Cl2) =4,44 л (н.у.)
Задача №2
При электролизе водного раствора нитрата серебра (I) на аноде выделилось 13,44л кислорода (н.у.). Определите массу выделившегося на катоде серебра, если выход серебра составил 90% от теоретически возможного, а выход кислорода – количественный.
Решение
Vпр (О2)=13,44л
(О2) = 100%
(Ag) = 90%
m ( Ag) - ?
раствор
AgNO3 = Ag2++NO3 –
(H2O)
на катоде : Ag+, H2O(H+)
на аноде : NO3 –, H2O
4 4 2 
Ag2+ + 1 Ag0 NO3— 1 4 2H2O - 4 O20+4H+
4Ag+ + 2H2O 4Ag0 + O20 + 4H+
+4NO3— +4NO3—
=90% 
=100%
ί mпр=? Vпр = 13,44л
4AgNO3+2H2O = 4Ag↓ + O2↑+ 4HNO3
М=108 г/моль Vm=22,4 л/моль
4 моль 1 моль
1) т(O2) = пр(O2) = 
2) 
4 Ÿ 0,6моль = 2,4моль
3) mТ (Ag) = 2,4 моль Ÿ 108 г/моль = 259,2г; mпр (Ag) = mТ (Ag) Ÿ (Ag)
4) mпр (Ag) = 259,2г Ÿ 0,9 = 233,3г
Ответ: mпр (Ag) = 233,3г
Задача №3
При электролизе водного раствора хлорида цинка на катоде выделился цинк массой 68,25г, а на аноде – хлор объемом 28,22л (н.у.). Определите выход цинка, если выход хлора составил 90% от теоретически возможного.
Решение
mпр (Zn)=68,25г
Vпр (Cl2)=28,22л
(Cl2) = 90%
(Zn) - ?
раствор
ZnCl2 = Zn2++2Cl –
1 2 2 Zn2+ + 2 Zn0
1 2 2Cl— - 2 Cl20
Zn2+ + 2Cl— Zn0+Cl2 0
(H2O)
на катоде : Zn2+, H2O
на аноде : Cl –, H2O
= ?
mпр=68,25г =90%, Vпр=28,22л
ZnCl2 = Zn↓ + Cl2↑
(HO2 ) М=65 г/моль Vm=22,4 л/моль
1 моль 1 моль
1) (Zn) = 
; 2) mТ(Zn) = 
(Zn) Ÿ M(Zn);
3) 
; Т(Zn) = Т(Cl2)
4) 
; 5) 
6) (Cl2) = 
; 7) mТ(Zn) = 1,4моль Ÿ 65 г/моль = 91г
8) (Zn) = 
Ответ: У(Zn) = 0,75 (75%)
Задача №4. Определите массу медного купороса, помещенного в электролизёр, если при электролизе его водного раствора выделился кислород объемом 5,71 (н.у.), выход которого ставил 85% от теоретически возможного.
Решение
Vпр(O2)=5.71л
(н.у.)
(О2) = 85%
m(CuSO45H2O) -?
раствор
CuSO4 = Cu2++ SO42–
2 4 2 Cu2+ + 2 Cu0
1 4 2H2O - 4 O20 + 4H+
2Cu2+ + 2H2O 2Cu0 + O20 + 4H+
+2SO42- + 2SO42–
(H2O)
на катоде : Cu2+, H2O
на аноде : SO4–, H2O
m = ?
M = (CuSO4 Ÿ5H2O) = 250г/моль
2CuSO4 + 2H2O = 2Сu↓ + O2↑ + 2H2 SO4
М=160 г/моль Vm=22,4 л/моль
2 моль 1 моль
1) m(CuSO4 Ÿ5H2O) = (CuSO4 Ÿ 5H2O) Ÿ M(CuSO4 Ÿ5H2O)
2) (CuSO4 Ÿ 5H2O) = (CuSO4)
3) 
; 
4) 
5) 
6) 
7) (CuSO4) = 0,3 моль Ÿ 2 = 0,6 моль = (CuSO4 Ÿ5H2O)
8) m(CuSO4 Ÿ5H2O) = 0,6 моль Ÿ 250 г/моль = 150г
Ответ: m(CuSO4 Ÿ5H2O) = 150г.
Задача № 5
Через электролизер, содержащий раствор гидроксида калия объемом 300мл с массовой долей вещества 22,4% (плотность 1,2 г/мл), пропустили электрический ток. Рассчитайте массовую долю гидроксида калия в растворе после отключения тока, если известно, что на катоде выделился газ объемом 89,6л (н.у.)
Решение
Vр-ра КОН = 300мл
= 22,4%
= 1,2 г/мл
V(H2) = 89,6л
н.у.
(КОН) -?
раствор
КОН = К++ OН– (среда щелочная)
2 4 2 2H2O +2 H20 + 2OH—
1 4 4OH—- 4 O20 + 2H2O
4H2O+4OH— 2H20 + 4OH—+O20+2H2O
(H2O)
на катоде : К+, H2O
на аноде :OH–
ί V = 89,6л
2H2O = 2H↑ + O2↑ (1)
(р-р КОН) Vm=22,4 л/моль
2 моль
1) 
(КОН) – массовая доля щелочи в растворе после реакции электролиза, которая зависит от содержания гидроксида калия в исходном растворе (она не изменяется в ходе электролиза) и массы воды, которая подверглась электролизу.
(КОН) = 
2) mконечн. р-ра КОН = mисход. р-ра КОН – m1(H2O)
3) m1(H2O) = 1(H2O) Ÿ M(H2O)
; 
m1(H2O) = 4моль Ÿ 18 г/моль = 72г
4) mисход. р-ра КОН = V р-ра КОН Ÿ 
= 300мл Ÿ 1,2г/мл = 360г
5) mисход. ( КОН) = 
( КОН) Ÿ mисход. р-ра КОН = 0,224 Ÿ 360мл = 80,64г
6) 
( КОН) 
Ответ: после электролиза ( КОН) = 0,28 (28%)
Задача №6
При электролизе 16г. расплава некоторого соединения
водорода с одновалентным элементом на аноде выделился водород количеством вещества 1 моль.
Установите формулу вещества, взятого для электролиза.
Решение
I I
m(Эл Н)=16г
(H2) = 1моль
Эл Н - ?
По условию, водород выделяется на аноде, значит, его ионы имеют отрицательный заряд, а искомый элемент имеет положительный заряд. Ясно, что ЭЛН – гидрид.
расплав
2 2 1 Эл+ +1 Эл0
2 2 2H– - 2 Н20
2Эл+ + 2Н – 2Эл0 + Н20
Эл Н = Эл1++Н 1–
на катоде : Эл1+
на аноде : H 1–
m=16г ί 
=1моль
2ЭлН = 2Эл↓ + Н2↑
расплав 1 моль
2 моль
1) Mr(ЭлН) = (х + 1) а.е.м
2) 
3) 
4) 
5) х+1=8
х =7, Аr(Эл)=7, значит Эл – лимит
Ответ: ЭлН – LiH, гидрид лития
Задача № 7
Электролиз 400мл. 6%-ного раствора сульфата меди (II) (плотность 1,02г/мл) продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 10г. Определите массовые доли соединений в оставшемся растворе и массы продуктов, выделившихся на инертных электродах.
Решение
Vр-ра CuSO4= 400мл
= 6%
= 1,02 г/мл
∆mр-ра = 10г
н.у.
?
См. схему реакции электролиза и электронные полуреакции в задаче №4, часть VII
= 1,02 г/мл
Vр-ра=400мл
Ñmр-ра = 10г 
ί m - ? m - ? 
2CuSO4 + 2H2O = 2Сu↓ + O2↑ + 2H2 SO4 (1)
раствор М=64г/моль М=32г/моль М=98 г/моль
М=160 г/моль Vm=22,4 л/моль
2 моль 2моль 1 моль 2 моль
1) mр-раCuSO4 = Vр-ра Ÿ = 400мл Ÿ 1,02г/мл = 408г = mр-ра до реакции
2) (CuSO4 ) = 
3) По условию процесс продолжается до тех пор, пока масса не уменьшилась на 10г, значит на электродах выделилось 10г веществ – меди и газообразного кислорода.
4) По уравнению реакции: 
Пусть 1 часть продуктов (Cu и О2) содержит х моль вещества,
тогда 
моль; 
моль
5) m(O2) = 32x , г
m(O2) = 32x , г m(O2) + m(Cu) = 10
32(x) + 64 
2x = 10
160x = 10
x = 0,0625
Значит: m(O2) = 32 г/мольŸ 0,0625 = 2г
m(Cu) = 64 г/мольŸ 2 Ÿ 0,0625 моль = 8г
6) m1(H2SO4) = 
(H2SO4) Ÿ М(H2SO4)
7) (H2SO4) = (Cu) = 2Ÿ 0.0625 моль = 0,125 моль
8) m1(H2SO4) = 0,125 моль Ÿ 98 г/моль = 12,25г
9) mобщ. (CuSO4) = mр-раCuSO4 Ÿ 
(CuSO4) = 408г Ÿ 0,06 = 24,48г
10) m1(CuSO4) = (CuSO4) Ÿ М(CuSO4)
(CuSO4) Ÿ (Cu) = 2 Ÿ 0,0625 моль = 0,125 моль
m1(CuSO4) = 0,125 моль Ÿ 160 г/моль = 20г
11) mизбытка(CuSO4) = 24,48 – 20г = 4,48г
12) mр-ра после реакции = mр-ра до реакции - m(Cu; O2) = 408г – 10г = 398г
13) (CuSO4) = 
0,0112 (1,12% CuSO4 в оставшемся растворе)
14) (Н2SO4) = 
0,0308 (3,08% Н2SO4 в оставшемся растворе)
Ответ: На электродах выделилось: m(Cu) = 8г; m(O2) = 2г; в оставшемся растворе: (CuSO4) =0,0112 (1,12%)
(Н2SO4) = 0,0308 (3,08%)
Задача № 8
При электролизе раствора хлорида металла катион которого двухзаряден, на катоде выделилось 0,16г металла. При растворении этой массы металла в концентрированной азотной кислоте выделился бурый газ объемом 0,112 (н.у.) Определите состав хлорида и его массу в растворе.
Решение
II
MeCl2
m(Me) = 0,16г
m(NO2) = 0,112л
н.у.
1) По условию, на катоде выделяется чистый металл, значит этот металл может находиться в ряду активности металлов «после водорода» раствор
MeCl2 = Ме2++ 2Cl– m=0,16г
1 2 2 Me2+ +2 Me 0 (по условию)
1 2 2Cl— - 2 Cl 0
Me2+ + 2Cl — Me 0 + Cl 0
(H2O)
на катоде : Me2+, H2O (H+)
на аноде : Cl –, H2O
2) По условию реакции (1) нельзя однозначно вычислить 
(MeCl2), так как в условии задачи нельзя не говорится о том, что процесс электролиза прошел до конца, поэтому основные расчеты проводим по уравнению реакции (2)
ί m = 0,16г
MeCl = Me ↑ + Cl2↓ (1)
(H2O)
m = 0,16г II V = 0,112л
Me + 4HNO3 = Me(NO3) + 2NO2↑ + 2H2O2 (2)
1 моль (конц.) (по условию)
Vm=22,4л/моль
2 моль
1 2 2 Me0 +2 Me 2+
2 1 2 NO3— + 2Н+ + NO20 + H2O
Me0 + 2 NO3— + 4Н+ Me 2+ + 2NO2 0 + 2H2O
+ 2NO3— + 2NO3—
в-ль; ок-е
ок-ль; в-е
3) 
(NO2) = 
4) 
; (Me) = 
= 0,0025 моль
5) M(Me) = 
Этот металл – медь (валентность – II), выделяется на катоде из растворов солей, с HNO3 (конец) реагирует с выделением NO2 , что соответствует условию задачи).
Хлорид металла - CuCl2 – хлорид меди (II)
6) m(CuCl2) = (CuCl2) Ÿ M(CuCl2)
(CuCl2) = (Cu) = 0,0025 моль
m(CuCl2) = 0,0025 моль Ÿ 135 г/моль = 0,34г
Ответ: CuCl2 ; m(CuCl2) = 0,34г
Задача № 9
1000г 5,1% - ного раствора нитрата серебра подвергнуто электролизу, при этом на катоде выделилось 10,8г вещества. Затем в электролизер добавили 500г 13,5% вещества. Затем в электролизер добавили 500г 13,5% -ного раствора хлорида меди (II). Полученный раствор снова подвергли электролизу до выделения на аноде 8,96л газа (н.у.). Определите массовые доли веществ в конечном растворе.
Решение
mр-ра Ag NO3=1000г
= 5,1%
m( Ag) = 10,8г
mр-ра (CuCl2)=13,5%
V(Cl2) = 8,96л
н.у.
(в-в) -?
раствор
1) Ag NO3 = Ag ++ NO3–
(H2O)
4 4 1 Ag+ +1 Ag 0
1 4 2H2O - 4 O2 0 + 4H+
4Ag + + 2 H2O 4Ag 0 + O20 + 4H+
+ 4NO3— + 4NO3—
на катоде : Ag +, H2O
на аноде : NO3–, H2O
mр-ра = 1000г
m=10,8
ί m = 10,8
4Ag NO3 + 2H2O = 4Ag ↓ + O2↑ + 4HNO3 (1)
раствор М=108г/моль
М=170г/моль
4 моль 4моль
2) (Ag) = 
3) (AgNO3) = (Ag) = 0,1моль
4) 
(AgNO3) = 
5) 
= (AgNO3) – (AgNO3) = 0,3моль – 0,1моль = 0,2моль
Значит после реакции (1) в растворе остается 0,2моль AgNO3
6) Избыток AgNO3 в растворе выступит в реально с добавленным раствором
CuCl2.
mр-ра = 500г
= 13,5%
2AgNO3 + CuCl2 = 2AgCl ↓ + Cu(NO3)2 (2)
2моль М=135г/моль
1моль
7) По условию, при электролизе оставшегося раствора на аноде выделился газ
V=8,96л (н.у.)
раствор
CuCl2 = Cu2+ + 2Cl –
(H2O)
1 2 2 Cu2+ +2 Cu0
1 2 2 Cl – - 2 Cl20
2Cl – + Cu2+ Cl2 0 + Cu0
на катоде : Cu2+, H2O
на аноде : Cl –, H2O
ί V = 8.96л
CuCl2 = Cu↓ + Cl2↑ (3)
(H2O – раствор) Vm=22,4г/моль М
1 моль
8) Из (2): (CuCl2) = 
9) (CuCl2) = 
Þ CuCl2 – в избытке
10) 
(CuCl2) = (CuCl2) - (CuCl2) = 0,5моль – 0,1моль = 0,4моль
11) Из (3): 
(Cl2) = 
12) (CuCl2) = (Cl2) = 0,4моль, значит весь CuCl, оставшийся в растворе после реакции (2), подвергся электролизу.
13) После всех процессов в электролизе останутся Cu(NO3) – из (2)
(Cu(NO3)2) = 
(AgNO3) = 
= 0,1моль
m2(Cu(NO3)2) = 0,1моль Ÿ 188г/моль = 18,8г
14) mисход р-ра = m р-ра AgNO3 + m р-ра CuCl2 = 1000г + 500г = 1500г
15) mконеч р-ра = mисход р-ра – m1(O2) – m3(Cl2) – m3(Cu) – m1(Ag) – m2(AgCl)
16) (O2) = 
m1(O2) = 0,025моль Ÿ 32г/моль = 0,8г; m1(Ag) = 10,8г (по условию)
17) m3(Cl2) = (Cl2) Ÿ М(Cl2) = 0,4моль Ÿ 71г/моль = 28,4г.
m3(Cu) = (Cu) Ÿ М(Cu) = 0,4моль Ÿ 64г/моль = 25,6г
18) m2(Ag Cl) = (Ag Cl) Ÿ М(Ag Cl) = 0,2моль Ÿ 143,5г/моль = 28,7г
19) mконеч р-ра = 1500г – 0,8г – 28,4г – 25,6г – 10,8г – 28,7г = 1405,7г
20) 
Ответ: 
VIII. Примеры решения задач на расчеты по законам электролиза М. Фарадея
Задача № 1
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 Ag NO3
CuSO4
AuCl3
I = 5A
F = 20мин = 1200с
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» в ряду активности металлов «после водорода», значит на катодах будет протекать реакция восстановления только металлов:
Ag+ + 1 Ag 0 ; n=1, M(Ag) = 108 г/моль
Cu+ + 2 Cu0 ; n=2, M(Cu) = 64 г/моль
Au+ + 3 Au 0 ; n=3, M(Au) = 197 г/моль
2) По формуле объединенного закона электролиза:
m (в-ва) = 
вычисляем массы металлов:
m(Ag) = 
m(Cu) = 
m(Au) = 
Ответ: m(Cu) = 2г , m (Ag) = 6,7г , m(Au) = 4г.
Задача № 2
Вычислить массу газа, выделившегося на аноде при электролизе раствора серной кислоты, производившегося в течение 10 мин при силе тока 1,5А.
Решение
р-р H2SO4
F = 10мин = 600с
I = 1,5 A
F = 96 500 Кл/моль
m (O2) - ?
1) См. схему реакции электролиза и электронные полуреакции в примере №10 (часть IV). Электролиз раствора серый кислоты сводится к электролизу воды:
ί
2H2O = O2↓ + 2H2↑ ;
на аноде выделяется кислород: 2H2O - 4 = O2 ↑+ 4H+ ;
значит n = 4
2) m(O2) = 
Ответ: m(O2) = 0,075г
Задача № 3
При действии постоянного тока силой 6,4А на расплав соли трехвалентного металла на катоде в течение 30 мин выделилось 1,07г металла, а аноде – 1344мл. (н.у.) газа, относительная плотность паров которого по гелию составляет 17,75. Определите состав соли, расплав которой подвергли электролизу.
Решение
I = 6,4 A
F = 30мин = 1800с
m(Me) = 1,07г
V(газа) = 13,44 = 22,4л (н.у.)
соль - ?
на катоде : Me 3+ + 3 Me0
на аноде : - ?
1) По условию: ДНе(газа) = 17,75
Значит, M(газа) = ДНе(газа) Ÿ M(He) = 17,75 Ÿ 4г/моль =
71г/моль = M(Cl2)
Значит,
на аноде : 2Cl— - 2 Cl20
2) По формуле объединенного закона электролиза:
M(Me) = 
M(A1) = 27г/моль Значит, соль – хлорид аммония
Ответ: хлорид аммония.
Задача № 4
При прохождении через раствор сульфата никеля (II) тока силой 2А масса катода увеличилась на 2,4г. Рассчитайте время электролиза, если выход по току равен 0,8.
Решение
р-р NiSO4
I = 2 A
∆m = 2,4г
= 0,8
F - ?
1) По условию, масса катода увеличилась, значит, на катоде восстановился никель массой 2,4г.
mпр(Ni) = 2,4г ; mт(Ni) = 
Ni2+ + 2 Ni0
2) По формуле объединенного закона электролиза:
F = 
Ответ: время электролиза составляет 4907с.
Примеры решения задач по реакциям электролиза
Задача №1
При электролизе 1л раствора хлорида меди (II) на катоде выделилась медь массой 12,7г. Вычислите объем газа (н.у.), выделившегося на аноде, если плотность раствора близка к 1 г/мл.
Решение
Vр-ра CuCl2=1л
1г/мл
m(Cu)=12,7г
V (Cl2) - ?, н.у.
раствор CuCl2 = Cu2++2Cl –
| - |
(H2O) | + |
на катоде : Cu2+, H2O(H+) на аноде : Cl –, H2O
1 2 2
Cu2+ + 21 2
2Cl— - 2Cu2+ + 2Cl – Cu0 + Cl2 m=12,7г V-?
Cu Cl2 = Cu↓ + Cl2↑
раствор М=64 г/моль Vm=22,4 л/моль
1 моль 1 моль
1) V(Cl2) =
2)
V (Cl2) = 0,198 моль Ÿ 22,4 л/моль =
Ответ: V (Cl2) =
Задача №2
При электролизе водного раствора нитрата серебра (I) на аноде выделилось 13,44л кислорода (н.у.). Определите массу выделившегося на катоде серебра, если выход серебра составил 90% от теоретически возможного, а выход кислорода – количественный.
Решение
Vпр (О2)=13,44л
(О2) = 100%
(Ag) = 90%
m ( Ag) - ?
раствор
AgNO3 = Ag2++NO3 –
(H2O)
| - |
 |
| + |
на катоде : Ag+, H2O(H+) на аноде : NO3 –, H2O
4 4 2 Ag2+ + 11 4 2H2O - 44Ag+ + 2H2O 4Ag0 + O20 + 4H+ +4NO3— +4NO3—
ί mпр=? Vпр = 13,44л
4AgNO3+2H2O = 4Ag↓ + O2↑+ 4HNO3
М=108 г/моль Vm=22,4 л/моль
4 моль 1 моль
1)
2)
3) mТ (Ag) = 2,4 моль Ÿ 108 г/моль = 259,2г; mпр (Ag) = mТ (Ag) Ÿ
4) mпр (Ag) = 259,2г Ÿ 0,9 = 233,3г
Ответ: mпр (Ag) = 233,3г
Задача №3
При электролизе водного раствора хлорида цинка на катоде выделился цинк массой 68,25г, а на аноде – хлор объемом 28,22л (н.у.). Определите выход цинка, если выход хлора составил 90% от теоретически возможного.
Решение
mпр (Zn)=68,25г
Vпр (Cl2)=28,22л
(Cl2) = 90%
(Zn) - ?
раствор
ZnCl2 = Zn2++2Cl –
1 2 2 Zn2+ + 21 2 2Cl— - 2Zn2+ + 2Cl— Zn0+Cl2 0 | - |
(H2O) | + |
на катоде : Zn2+, H2O на аноде : Cl –, H2O
mпр=68,25г
ZnCl2 = Zn↓ + Cl2↑
(HO2 ) М=65 г/моль Vm=22,4 л/моль
1 моль 1 моль
1)
3)
4)
6)
8)
Ответ:
Задача №4. Определите массу медного купороса, помещенного в электролизёр, если при электролизе его водного раствора выделился кислород объемом 5,71 (н.у.), выход которого ставил 85% от теоретически возможного.
Решение
Vпр(O2)=5.71л
(н.у.)
(О2) = 85%
m(CuSO45H2O) -?
раствор
CuSO4 = Cu2++ SO42–
2 4 2 Cu2+ + 21 4 2H2O - 42Cu2+ + 2H2O 2Cu0 + O20 + 4H+ +2SO42- + 2SO42–
| - |
(H2O) на катоде : Cu2+, H2O
| + |
|
на аноде : SO4–, H2O
m = ?
M = (CuSO4 Ÿ5H2O) = 250г/моль
2CuSO4 + 2H2O = 2Сu↓ + O2↑ + 2H2 SO4
М=160 г/моль Vm=22,4 л/моль
2 моль 1 моль
1) m(CuSO4 Ÿ5H2O) =
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8) m(CuSO4 Ÿ5H2O) = 0,6 моль Ÿ 250 г/моль = 150г
Ответ:
Задача № 5
Через электролизер, содержащий раствор гидроксида калия объемом 300мл с массовой долей вещества 22,4% (плотность 1,2 г/мл), пропустили электрический ток. Рассчитайте массовую долю гидроксида калия в растворе после отключения тока, если известно, что на катоде выделился газ объемом 89,6л (н.у.)
Решение
Vр-ра КОН = 300мл
= 22,4%
= 1,2 г/мл
V(H2) = 89,6л
н.у.
(КОН) -?
раствор
КОН = К++ OН– (среда щелочная)
2 4 2 2H2O +21 4 4OH—- 44H2O+4OH— 2H20 + 4OH—+O20+2H2O (H2O)
| - |
 |
на катоде : К+, H2O
| + |
 |
на аноде :
ί V = 89,6л
2H2O = 2H↑ + O2↑ (1)
(р-р КОН) Vm=22,4 л/моль
2 моль
1)
2) mконечн. р-ра КОН = mисход. р-ра КОН – m1(H2O)
3) m1(H2O) =
m1(H2O) = 4моль Ÿ 18 г/моль = 72г
4) mисход. р-ра КОН = V р-ра КОН Ÿ
5) mисход. ( КОН) =
6)
Ответ: после электролиза
Задача №6
При электролизе 16г. расплава некоторого соединения
водорода с одновалентным элементом на аноде выделился водород количеством вещества 1 моль.
Установите формулу вещества, взятого для электролиза.
Решение
I I
m(Эл Н)=16г
(H2) = 1моль
Эл Н - ?
По условию, водород выделяется на аноде, значит, его ионы имеют отрицательный заряд, а искомый элемент имеет положительный заряд. Ясно, что ЭЛН – гидрид.
расплав
2 2 1 Эл+ +12 2 2H– - 22Эл+ + 2Н – 2Эл0 + Н20 | - |
Эл Н = Эл1++Н 1– на катоде : Эл1+
| + |
на аноде : H 1– m=16г ί
2ЭлН = 2Эл↓ + Н2↑
расплав 1 моль
2 моль
1) Mr(ЭлН) = (х + 1) а.е.м
2)
3)
4)
5) х+1=8
х =7, Аr(Эл)=7, значит Эл – лимит
Ответ: ЭлН – LiH, гидрид лития
Задача № 7
Электролиз 400мл. 6%-ного раствора сульфата меди (II) (плотность 1,02г/мл) продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 10г. Определите массовые доли соединений в оставшемся растворе и массы продуктов, выделившихся на инертных электродах.
Решение
Vр-ра CuSO4= 400мл
∆mр-ра = 10г
н.у.
См. схему реакции электролиза и электронные полуреакции в задаче №4, часть VII
Vр-ра=400мл
ί m - ? m - ?
2CuSO4 + 2H2O = 2Сu↓ + O2↑ + 2H2 SO4 (1)
раствор М=64г/моль М=32г/моль М=98 г/моль
М=160 г/моль Vm=22,4 л/моль
2 моль 2моль 1 моль 2 моль
1) mр-раCuSO4 = Vр-ра Ÿ
2)
3) По условию процесс продолжается до тех пор, пока масса не уменьшилась на 10г, значит на электродах выделилось 10г веществ – меди и газообразного кислорода.
4) По уравнению реакции:
Пусть 1 часть продуктов (Cu и О2) содержит х моль вещества,
тогда
5) m(O2) = 32x , г
m(O2) = 32x , г m(O2) + m(Cu) = 10
32(x) + 64
160x = 10
x = 0,0625
Значит: m(O2) = 32 г/мольŸ 0,0625 = 2г
m(Cu) = 64 г/мольŸ 2 Ÿ 0,0625 моль = 8г
6) m1(H2SO4) =
7)
8) m1(H2SO4) = 0,125 моль Ÿ 98 г/моль = 12,25г
9) mобщ. (CuSO4) = mр-раCuSO4 Ÿ
10) m1(CuSO4) =
m1(CuSO4) = 0,125 моль Ÿ 160 г/моль = 20г
11) mизбытка(CuSO4) = 24,48 – 20г = 4,48г
12) mр-ра после реакции = mр-ра до реакции - m(Cu; O2) = 408г – 10г = 398г
13)
14)
Ответ:
Задача № 8
При электролизе раствора хлорида металла катион которого двухзаряден, на катоде выделилось 0,16г металла. При растворении этой массы металла в концентрированной азотной кислоте выделился бурый газ объемом 0,112 (н.у.) Определите состав хлорида и его массу в растворе.
Решение
II
MeCl2
m(Me) = 0,16г
m(NO2) = 0,112л
н.у.
| MeCl2 - ? m(NCl2) - ? |
MeCl2 = Ме2++ 2Cl– m=0,16г
1 2 2 Me2+ +21 2 2Cl— - 2Me2+ + 2Cl — Me 0 + Cl 0 | - |
(H2O) на катоде : Me2+, H2O (H+)
| + |
 |
на аноде : Cl –, H2O
2) По условию реакции (1) нельзя однозначно вычислить
ί m = 0,16г
MeCl = Me ↑ + Cl2↓ (1)
(H2O)
m = 0,16г II V = 0,112л
Me + 4HNO3 = Me(NO3) + 2NO2↑ + 2H2O2 (2)
1 моль (конц.) (по условию)
Vm=22,4л/моль
2 моль
1 2 2 Me0 +22 1 2 NO3— + 2Н+ + Me0 + 2 NO3— + 4Н+ Me 2+ + 2NO2 0 + 2H2O + 2NO3— + 2NO3—
в-ль; ок-е
ок-ль; в-е
3)
4)
5) M(Me) =
Этот металл – медь (валентность – II), выделяется на катоде из растворов солей, с HNO3 (конец) реагирует с выделением NO2 , что соответствует условию задачи).
Хлорид металла - CuCl2 – хлорид меди (II)
6) m(CuCl2) =
m(CuCl2) = 0,0025 моль Ÿ 135 г/моль = 0,34г
Ответ: CuCl2 ; m(CuCl2) = 0,34г
Задача № 9
1000г 5,1% - ного раствора нитрата серебра подвергнуто электролизу, при этом на катоде выделилось 10,8г вещества. Затем в электролизер добавили 500г 13,5% вещества. Затем в электролизер добавили 500г 13,5% -ного раствора хлорида меди (II). Полученный раствор снова подвергли электролизу до выделения на аноде 8,96л газа (н.у.). Определите массовые доли веществ в конечном растворе.
Решение
mр-ра Ag NO3=1000г
= 5,1%
m( Ag) = 10,8г
mр-ра (CuCl2)=13,5%
V(Cl2) = 8,96л
н.у.
(в-в) -?
раствор
1) Ag NO3 = Ag ++ NO3–
| - |
(H2O) 4 4 1 Ag+ +11 4 2H2O - 4
4Ag + + 2 H2O 4Ag 0 + O20 + 4H+ + 4NO3— + 4NO3—
| + |
на катоде : Ag +, H2O на аноде : NO3–, H2O
mр-ра = 1000г ί m = 10,8
4Ag NO3 + 2H2O = 4Ag ↓ + O2↑ + 4HNO3 (1)
раствор М=108г/моль
М=170г/моль
4 моль 4моль
2)
3)
4)
5)
Значит после реакции (1) в растворе остается 0,2моль AgNO3
6) Избыток AgNO3 в растворе выступит в реально с добавленным раствором
CuCl2.
mр-ра = 500г
2AgNO3 + CuCl2 = 2AgCl ↓ + Cu(NO3)2 (2)
2моль М=135г/моль
1моль
7) По условию, при электролизе оставшегося раствора на аноде выделился газ
V=8,96л (н.у.)
раствор
CuCl2 = Cu2+ + 2Cl –
(H2O)
1 2 2 Cu2+ +21 2 2 Cl – - 22Cl – + Cu2+ Cl2 0 + Cu0 | - |
 |
| + |
на катоде : Cu2+, H2O на аноде : Cl –, H2O
ί V = 8.96л
CuCl2 = Cu↓ + Cl2↑ (3)
(H2O – раствор) Vm=22,4г/моль М
1 моль
8) Из (2):
9)
Þ CuCl2 – в избытке
10)
11) Из (3):
12)
13) После всех процессов в электролизе останутся Cu(NO3) – из (2)
m2(Cu(NO3)2) = 0,1моль Ÿ 188г/моль = 18,8г
14) mисход р-ра = m р-ра AgNO3 + m р-ра CuCl2 = 1000г + 500г = 1500г
15) mконеч р-ра = mисход р-ра – m1(O2) – m3(Cl2) – m3(Cu) – m1(Ag) – m2(AgCl)
16)
m1(O2) = 0,025моль Ÿ 32г/моль = 0,8г; m1(Ag) = 10,8г (по условию)
17) m3(Cl2) =
m3(Cu) =
18) m2(Ag Cl) =
19) mконеч р-ра = 1500г – 0,8г – 28,4г – 25,6г – 10,8г – 28,7г = 1405,7г
20)
Ответ:
VIII. Примеры решения задач на расчеты по законам электролиза М. Фарадея
Задача № 1
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 Ag NO3
CuSO4
AuCl3
I = 5A
F = 20мин = 1200с
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» в ряду активности металлов «после водорода», значит на катодах будет протекать реакция восстановления только металлов:
Ag+ + 1Cu+ + 2Au+ + 32) По формуле объединенного закона электролиза:
m (в-ва) =
m(Ag) =
m(Cu) =
m(Au) =
Ответ: m(Cu) = 2г , m (Ag) = 6,7г , m(Au) = 4г.
Задача № 2
Вычислить массу газа, выделившегося на аноде при электролизе раствора серной кислоты, производившегося в течение 10 мин при силе тока 1,5А.
Решение
р-р H2SO4
F = 10мин = 600с
I = 1,5 A
F = 96 500 Кл/моль
m (O2) - ?
1) См. схему реакции электролиза и электронные полуреакции в примере №10 (часть IV). Электролиз раствора серый кислоты сводится к электролизу воды:
ί
2H2O = O2↓ + 2H2↑ ;
на аноде выделяется кислород: 2H2O - 4
значит n = 4
2) m(O2) =
Ответ: m(O2) = 0,075г
Задача № 3
При действии постоянного тока силой 6,4А на расплав соли трехвалентного металла на катоде в течение 30 мин выделилось 1,07г металла, а аноде – 1344мл. (н.у.) газа, относительная плотность паров которого по гелию составляет 17,75. Определите состав соли, расплав которой подвергли электролизу.
Решение
I = 6,4 A
F = 30мин = 1800с
m(Me) = 1,07г
V(газа) = 13,44 = 22,4л (н.у.)
соль - ?
на катоде : Me 3+ + 3на аноде : - ?
1) По условию: ДНе(газа) = 17,75
Значит, M(газа) = ДНе(газа) Ÿ M(He) = 17,75 Ÿ 4г/моль =
71г/моль = M(Cl2)
Значит, | + |
на аноде : 2Cl— - 22) По формуле объединенного закона электролиза:
M(Me) =
M(A1) = 27г/моль Значит, соль – хлорид аммония
Ответ: хлорид аммония.
Задача № 4
При прохождении через раствор сульфата никеля (II) тока силой 2А масса катода увеличилась на 2,4г. Рассчитайте время электролиза, если выход по току равен 0,8.
Решение
р-р NiSO4
I = 2 A
∆m = 2,4г
= 0,8
F - ?
1) По условию, масса катода увеличилась, значит, на катоде восстановился никель массой 2,4г.
mпр(Ni) = 2,4г ; mт(Ni) =
Ni2+ + 22) По формуле объединенного закона электролиза:
F
Ответ: время электролиза составляет 4907с.
