на тему рефераты Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
на тему рефераты
на тему рефераты
МЕНЮ|
на тему рефераты
поиск
Примеры решения задач по реакциям электролиза

Примеры решения задач по реакциям электролиза

19

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 = Cuv + Cl2^

раствор М=64 г/моль Vm=22,4 л/моль

1 моль 1 моль

1) V(Cl2) = (Cl2) Vm

2) ,

V (Cl2) = 0,198 моль 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%

Я mпр=? Vпр = 13,44л

4AgNO3+2H2O = 4Agv + O2^+ 4HNO3

М=108 г/моль Vm=22,4 л/моль

4 моль 1 моль

1) т(O2) = пр(O2) =

2) 4 0,6моль = 2,4моль

3) mТ (Ag) = 2,4 моль 108 г/моль = 259,2г; mпр (Ag) = mТ (Ag) (Ag)

4) mпр (Ag) = 259,2г 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 = Znv + Cl2^

(HO2 ) М=65 г/моль Vm=22,4 л/моль

1 моль 1 моль

1) (Zn) = ; 2) mТ(Zn) = (Zn) M(Zn);

3) ; Т(Zn) = Т(Cl2)

4) ; 5)

6) (Cl2) = ; 7) mТ(Zn) = 1,4моль 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(CuSO4?5H2O) -?

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 5H2O) = 250г/моль

2CuSO4 + 2H2O = 2Сuv + O2^ + 2H2 SO4

М=160 г/моль Vm=22,4 л/моль

2 моль 1 моль

1) m(CuSO4 5H2O) = (CuSO4 5H2O) M(CuSO4 5H2O)

2) (CuSO4 5H2O) = (CuSO4)

3) ;

4)

5)

6)

7) (CuSO4) = 0,3 моль 2 = 0,6 моль = (CuSO4 5H2O)

8) m(CuSO4 5H2O) = 0,6 моль 250 г/моль = 150г

Ответ: m(CuSO4 5H2O) = 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-, H2O

Я 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) M(H2O)

;

m1(H2O) = 4моль 18 г/моль = 72г

4) mисход. р-ра КОН = V р-ра КОН = 300мл 1,2г/мл = 360г

5) mисход. ( КОН) = ( КОН) mисход. р-ра КОН = 0,224 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 Я =1моль

2ЭлН = 2Элv + 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

mр-ра = 10г

Я m - ? m - ?

2CuSO4 + 2H2O = 2Сuv + 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 = 400мл 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/моль 0,0625 = 2г

m(Cu) = 64 г/моль 2 0,0625 моль = 8г

6) m1(H2SO4) =(H2SO4) М(H2SO4)

7) (H2SO4) = (Cu) = 2 0.0625 моль = 0,125 моль

8) m1(H2SO4) = 0,125 моль 98 г/моль = 12,25г

9) mобщ. (CuSO4) = mр-раCuSO4 (CuSO4) = 408г 0,06 = 24,48г

10) m1(CuSO4) = (CuSO4) М(CuSO4)

(CuSO4) (Cu) = 2 0,0625 моль = 0,125 моль

m1(CuSO4) = 0,125 моль 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.

MeCl2 - ?

m(NCl2) - ?

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)

Я m = 0,16г

MeCl = Me ^ + Cl2v (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) M(CuCl2)

(CuCl2) = (Cu) = 0,0025 моль

m(CuCl2) = 0,0025 моль 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

Я m = 10,8

4Ag NO3 + 2H2O = 4Ag v + 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 v + 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

Я V = 8.96л

CuCl2 = Cuv + Cl2^ (3)

(H2O - раствор) Vm=22,4г/моль М

1 моль

8) Из (2): (CuCl2) =

9) (CuCl2) =

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 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 32г/моль = 0,8г; m1(Ag) = 10,8г (по условию)

17) m3(Cl2) = (Cl2) М(Cl2) = 0,4моль 71г/моль = 28,4г.

m3(Cu) = (Cu) М(Cu) = 0,4моль 64г/моль = 25,6г

18) m2(Ag Cl) = (Ag Cl) М(Ag Cl) = 0,2моль 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:

Я

2H2O = O2v + 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) M(He) = 17,75 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.



© 2003-2013
Рефераты бесплатно, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.