Обучающие задачи
1. Составить схему электролиза расплавов: а) гидроксида калия; б) сульфата меди.
Решение.
а) В расплаве гидроксид калия частично диссоциирует на ионы:
КОН D К + ОН
На электродах будут протекать следующие процессы:
б) Сульфат меди в расплаве также частично диссоциирует:
CuSO4 D
Cu2+ +
Уравнение электролиза будет выглядеть следующим образом:
Для правильного написания анодного процесса нужно помнить о том, что электроны отдает атом кислорода, а значит, сера в образующемся оксиде не должна менять свою степень окисления.
2. Составить схемы электролиза водных растворов: а) гидроксида калия; б) хлорида меди; в) сульфата меди; г) сульфата калия.
Решение.
а) Электролиз раствора гидроксида калия сводится к электролизу воды, т.к. на катоде вместо катиона активного металла разряжаются молекулы воды, а на аноде - гидроксид-ионы:
б) В растворе хлорид меди диссоциирует на ионы:
CuCl2 Cu2+ + 2Cl
На катоде идет восстановление катиона неактивного металла, на аноде - окисление иона бескислородной кислоты:
в) В растворе сульфат меди диссоциирует на ионы:
CuSO4 Cu2+ +
На катоде идет восстановление катиона металла, на аноде вместо иона кислородсодержащей кислоты окисляются молекулы воды:
г) диссоциация сульфата калия в водном растворе:
K2SO4 2K +
Катионы калия и сульфат-ионы остаются в растворе в неизменном виде и суммарный процесс электролиза сульфата калия сводится к электролизу воды (на обоих электродах разряжаются молекулы воды: процесс на катоде аналогичен примеру 2а, анодный процесс - примеру 2в).
3. При электролизе 0.5 л раствора гидроксида натрия с массовой долей 4% (плотность 1.04 г/мл) концентрация щелочи возросла до 5.2%. Определите объем газа (н.у.), который выделится на нерастворимом аноде в процессе электролиза.
Решение.
При электролизе раствора NaOH происходит разложение воды (см. задачу 2а), что приводит к увеличению концентрации щелочи:
Масса раствора до электролиза была:
m(р-ра) = V(р-ра). = 500 . 1.04 = 520 г
Масса NaOH в растворе:
m(NaOH) = m(раствора). = 520 . 0.04 = 20.8 г
Масса раствора после электролиза:
m(раствора) = m(NaOH) / =20.8 : 0.052 = 400 г
Масса воды, разложившейся при электролизе:
m(H2O) = 520 - 400 =120 г; (H2O) = 120 : 18 = 6.67 моль
Согласно уравнению реакции электролиза:
(О2) = 1/2 (H2O) = 6.67 : 2 = 3.33 моль
Объем кислорода, который выделяется на аноде, равен:
V(O2) = 3.33 . 22.4 = 74.6 л
Задания для самостоятельной работы
1. Дописать продукты окислительно-восстановительных реакций и уравнять реакции:
1) Cu + H2SO4(конц) SO2 + ...
2) Ca + H2SO4(конц) H2S + ...
3) Cu + HNO3(разб) NO + ...
4) Ag + HNO3(конц) NO2 + ...
5) Zn + HNO3(конц) N2O + ...
6) Al + HNO3(разб.) NH4NO3 + ...
7) KI + NaNO2 + H2SO4 NO + I2 + ...
8) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + ...
9) KMnO4 + NaNO2 + H2SO4 NaNO3 + ...
10) NaClO + KI + H2SO4 I2 + NaCl + ...
11) KI + K2Cr2O7 + H2SO4 I2 + ...
12) H2S + KMnO4 + H2SO4 S0 + ...
13) Br2 + Cl2 + H2O HBrO3 + ...
14) O3 + KI + H2SO4 I2 + ...
15) H2O2 + KMnO4 + H2SO4 O2 + MnSO4 + ...
16) H2O2 + KI + H2SO4 H2O + ...
17) H2O2 + HCl Cl2 + ...
18) K2S + K2SO3 + H2SO4 S0 + ...
19) SO2 + K2Cr2O7 + H2SO4 Cr2(SO4)3 + ...
20) KIO3 + KI + H2SO4 I2 + ...
21) NaBr(тв) + H2SO4(конц) SO2 + ...
22) KI(тв) + H2SO4(конц) H2S + ...
23) Al + KOH + H2O H2 + ...
24) Br2 + KCrO2 + KOH K2CrO4 + ...
25) MnO2 + KClO3 + KOH K2MnO4 + KCl + ...
26) MnO2 + NaNO3 + KOH K2MnO4 + NaNO2...
27) O3 + MnO2 + NaOH O2 + Na2MnO4 +...
28) O3 + CrCl3 + KOH K2CrO4 + ...
29) Fe2O3 + NaNO3 + NaOH Na2FeO4 + NaNO2 + ...
30) Cl2 + Ca(OH)2 Ca(OCl)2 +...
31) Cl2 + KOH KClO3 + ...
32) S + KOH K2S + K2SO3 + ...
33) H2O2 + KMnO4 + KOH O2 + K2MnO4 + ...
34) H2O2 + KMnO4 + H2O O2 + MnO2 + ...
35) KMnO4 + MnSO4 + H2O MnO2 + ...
2. При электролизе раствора хлорида кальция на катоде выделилось 5.6 г водорода. Какой газ выделился на аноде и какова его масса?
3. При электролизе расплава хлорида одновалентного металла на электродах выделилось 3.12 г металла и 0.896 л хлора (н.у.). Хлорид какого металла подвергался электролизу?
4. При электролизе водного раствора сульфида натрия на катоде выделяется 1.7 г газа. Какое вещество выделяется на аноде? Какова его масса?
5. Через 2 л раствора гидроксида калия с массовой долей 6% (=1.05 г/мл) пропущен электрический ток. В результате концентрация раствора изменилась (увеличилась или уменьшилась?) на 2%. Какие вещества выделились при этом на электродах? Какова их масса?
6. Рассчитайте объем раствора азотной кислоты (=1.2 г/мл) с массовой долей 32 %, необходимого для растворения меди, выделившейся при полном электролизе 800 мл раствора сульфата меди(II) (=1.2 г/мл) с массовой долей 25 %.
7. Электролиз раствора медного купороса с массовой долей 6% объемом 200 мл (=1.02 г/мл) продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 5 г. Определите массовые доли соединений в оставшемся растворе и массы продуктов, выделившихся на инертных электродах.
8. В водный раствор сульфата меди(II) поместили две медные пластинки массой по 10 г каждая. К электродам подключили источник постоянного тока. Через некоторое время пластинку, которая служила при электролизе анодом, растворили в концентрированной азотной кислоте, к раствору добавили избыток гидроксида натрия, получив гидроксид меди (II) массой 2.45 г. Чему равна масса катода после электролиза?
9. Раствор массой 250 г, содержащий нитрат серебра и нитрат меди(II) общей массой 25.6 г, подвергли электролизу до полного выделения из него металлов. Масса катода увеличилась на 10.68 г. Определите массовые доли солей в исходном растворе.