Электролиз

1. Если годовой объем очищаемой воды равен V м³, а содержание в нем ионов M^z+ составляет ρ мг/дм³, то время, необходимое для выделения всего металла М электролизом при силе тока I А и выходе по току η %, составит ___ суток.

Решение.

,

где m – физическая масса металла М в годовом объеме очищаемой воды, г; V – годовой объем очищаемой воды, м³; ρ – концентрация ионов M^x+ в очищаемой воде, мг/дм³.

Согласно объединенному закону Фарадея

, откуда

где  – выход по току, %; М – молярная масса металла М, г/моль; I – сила тока электролиза, А;  – время электролиза, с; 100% – пересчетный коэффициент; z – величина заряда катиона M^z+; F = 96 500 Кл/моль – пос­тоянная Фарадея.

,

где – искомое время электролиза, сутки; 86400 с/сутки – пересчетный коэффициент.

2. Масса металла М, полученного электролизом раствора соли этого металла, в течение  мин при силе тока I А и выходе по току η %, равна ___ г.

Решение.

Согласно объединенному закону Фарадея

,

где m – искомая физическая масса металла М, полученного электролизом раствора, г; 60 с/мин – пересчетный коэффициент;  – выход по току, %; М – молярная масса металла М, г/моль; I – сила тока электролиза, А;  – время электролиза, с; 100% – пересчетный коэффициент; z – степень окисления металла M в соли; F = 96 500 Кл/моль – пос­тоянная Фарадея.

Методы осаждения

3. Если годовой объем очищаемой воды равен V м³, а содержание в нем ионов M^z+ составляет ρ мг/дм³, то с учетом ω%-го избытка реагента, необходимого для полного осаждения, расход щелочи составит __ кг в год.

Решение.

,

где n₁ – количество вещества металла М в годовом объеме очищаемой воды, моль; V – годовой объем очищаемой воды, м³; ρ – концентрация ионов M^x+ в очищаемой воде, мг/дм³; М₁ – молярная масса металла М, г/моль.

Краткое ионное уравнение реакции:

M^z+ + z OH^– = M(OH)_z↓.

Уравнение диссоциации щелочи:

.

Из них видно, что

n(OH^–) = xn₂ = zn₁, откуда ,

где n(OH^–) – количество вещества ионов OH^–, необходимое для осаждения, моль; n₂ – количество вещества щелочи , необходимое для осаждения, моль; z – величина заряда катиона M^z+; x – кислотность щелочи.

,

где m₂ – искомый расход щелочи, необходимый для полного осаждения, кг в год; М₂ – молярная масса щелочи, г/моль; ω – массовая доля избытка, %; 100% – пересчетный коэффициент; 1000 г/кг – пересчетный коэффициент.

pH

4. Если суточный объем очищаемой воды равен V м³, значение водородного показателя исходного раствора равно pH, то с учетом ω%-го содержания действующего вещества в пересчете на карбонат кальция в известняковой муке ее расход составит __ кг в сутки.

Решение.

n₁ = 1000V·10^–pH =V·10^3–pH,

где n₁ – количество вещества ионов H⁺ в суточном объеме очищаемой воды, моль; 1000 л/м³ – пересчетный коэффициент; V – суточный объем очищаемой воды, м³; pH – водородный показатель исходного раствора.

Краткое ионное уравнение реакции:

2 H⁺ + CaCO₃ = Ca²⁺ + CO₂↑ + H₂O.

Из него видно, что

,

где n₂ – необходимое для нейтрализации количество вещества карбоната кальция, моль.

,

где m₂ – искомый расход известняковой муки, кг в сутки; М₂ – молярная масса карбоната кальция, г/моль; 10 г/(кг·%) – пересчетный коэффициент; ω – массовая доля карбоната кальция в известняковой муке, %.

5. Сколько мл c_эк н. раствора слабой одноосновной кислоты нужно добавить к V₂ мл c М раствора натриевой соли этой кислоты, чтобы получить раствор с водородным показателем pH?

Решение.

рК_a(CH₃COOH) = 4,74.

где n_c – количество вещества соли, ммоль; c – молярная концентрация раствора соли, моль/л; V₂ – объем раствора соли, мл.