Химия. Методичка1 3928

Задание 5. Электролиз водных растворов

1.Для вашего варианта запишите катодную, анодную и суммарную реакции, происходящие в электролизере (см. вариант в табл. 16).

2.Укажите реакцию среды (рН) до электролиза. Изменится или нет

рН раствора у анода и катода в процессе электролиза Если изменится, то укажите как: уменьшится или увеличится.

3. По закону Фарадея рассчитайте величину обозначенного через знак « » одного из параметров – массы вещества, выделившегося на катоде m, тока I или времени электролиза t.

Т а б л и ц а 16

	Номер	Электролит	Электроды	I, A	m, г	t, ч
	варианта
	1	CuSO4	C	1		0.2
	2	ZnSO4	Zn	?	0.65	1
	3	KCl	Pt	0.2	?	0.5
	4	AgNO3	C	0.5	1.08	?
	5	CrCl3	Cr	?	0.26	2
	6	Pb(NO3)2	C	2	?	2
	7	MgI2	Pt	1.5	0.2	?
	8	FeCl2	Fe	?	0.56	3
	9	KF	Pt	0.6	?	0.5
	10	AlCl3	C	0.1	0.1	?
	11	Pb(NO3)2	Pb	0.4	?	2
	12	NiSO4	C	0.5	0.29	?
	13	Co(NO3)2	Pt	?	5.8	10
	14	NaBr	C	0.6	?	5
	15	Zn(NO3)2	Zn	4	6.5	?
	16	HgCl2	Pt	2	?	1
	17	AgNO3	Ag	?	0.96	4
	18	RbI	C	0.2	?	0.5
	19	Pb(NO3)2	Pt	?	1.9	1.5
	20	MnCl2	Mn	3	0.54	?
	21	Na2CO3	Pt	1.5	?	2

51

О к о н ч а н и е т а б л. 16

	Номер	Электролит	Электроды	I, A	m, г	t, ч
	варианта
	22	CuCl2	Cu	2.5	0.64	?
	23	Fe(NO3)3	Fe	?	1.55	0.5
	24	Co(NO3)2	Co	0.5	?	1
	25	Ti(NO3)2	C	0.7	4.8	?
	26	GaCl3	Ga	1	?	2
	27	Na2S	Pt	?	0.4	0.2
	28	Bi2(SO4)3	Bi	2.5	?	4
	29	BaBr2	C	?	0.5	3
	30	Pb(NO3)3	Pb	1.2	4.3	?

Задание 6. Многовариантные задачи по электролизу

1. Какие процессы происходят у катода и анода при электролизе никелевой соли, если оба электрода сделаны из никеля? Как изменится вес анода после пропускания тока силой 2.5 А в течение 1 ч, если анодный выход по току составляет 100 .

2.Раствор BaI2 подвергался электролизу в электролизере с угольными электродами в течение 15 мин при силе тока 6 А. Запишите электродные реакции и рассчитайте, сколько граммов какого вещества образовалось при этом на катоде и аноде.

3.При прохождении тока силой 1.5 А в течение 30 мин через раствор соли трехвалентного металла на катоде выделилось 1.07 г металла

(выход по току 100 ). Определите атомную массу металла. Запишите уравнение катодной реакции.

4. Определите степень окисления соли висмута (Bi) в растворе, если для выделения 10 г металлического висмута было израсходовано 15389 Кл (кулон) электричества. Выход по току 90 . Запишите уравнения реакций.

5. При электролизе Cr(NO3)3 в электролизере с угольными электродами за 10 мин на катоде выделилось 0.26 г хрома. Какова была сила тока, если выход хрома по току составил 80 ? Запишите уравнения катодной и анодной реакций.

6. Сколько времени потребуется для разложения одного моля воды током силой 5 А? Запишите уравнения катодной и анодной реакций.

52

Составьте электрохимическую схему электролизера, в котором могут происходить только две эти реакции.

7.Через раствор AgNO3 пропускали ток силой 1 А в течение 3 ч до тех пор, пока все серебро не выделилось из раствора. При этом был использован нерастворимый анод. Какие реакции происходили при

этом на катоде и аноде? Сколько граммов AgNO3 содержалось в растворе? Что представляет собой оставшийся раствор?

8.Через электролизер, анодом и катодом которого является цинк,

втечение двух часов пропускали ток силой 0.8 А. Запишите уравнения электродных реакций. На сколько граммов уменьшилась масса анода,

если анодный выход по току составляет 100 ?

9.Имеется электролизер с платиновыми электродами и раствором

K2SO4. Запишите уравнения катодной и анодной реакций. Какое количество КОН (граммов) образуется у катода, если пропустить через раствор 9650 Кл электричества? Какое вещество образуется возле анода?

10.Через раствор FeCl2 пропускали ток силой 3 А в течение 10 мин,

ачерез раствор FeCl2 – ток силой 5 А в течение 6 мин. Запишите уравнения катодной и анодной реакций, если в обоих электролизерах электроды угольные. В каком растворе выделилось больше железа, если ка-

тодный выход по току равнялся 80 для обоих электролизеров?

11.Какие реакции происходят на катоде и аноде при электролизе раствора KNO3, если оба электрода сделаны из меди? Сколько граммов

икакого вещества образовалось возле анода и катода, если пропускался ток силой 1 А в течение 30 мин?

12.Определите степень окисления платины (Pt) в растворе ее азотнокислой соли, если для выделения 1.52 г металлической платины в течение 10 мин пропускался ток силой 5 А. Запишите уравнения реакций на электродах, если электроды угольные.

13.Сколько времени потребуется для выделения 11.2 л водорода (н.у.) при электролизе раствора HCl, если сила тока равна 0.5 А? Запишите уравнения электродных реакций, если электроды медные.

14.Сколько кулонов электричества нужно пропустить через раствор соли серебра, чтобы выделить из раствора 1 г серебра? Запишите электрохимическую схему электролизера и реакции на катоде и аноде. Катод – Ag, анод – Pt, электролит – водный раствор AgNO3. Катодный

выход по току 100 .

15. Составьте схему электролиза раствора NaCl с угольными электродами. Запишите уравнения катодной и анодной реакций и подсчитайте, сколько кулонов электричества проходит через раствор при образовании 1 кг NaOH.

53

16.Ток силой 2 А в течение 2 ч пропускался через раствор

Cu(NO3)2. Cколько меди выделилось на катоде? Сколько меди выделится, если Cu(NO3)2 заменить на CuNO3? Запишите уравнения катодной и анодной реакций при проведении электролиза с угольными электродами.

17.Составьте схему электролиза раствора BaCl2 с железными электродами. Запишите уравнения электродных реакций и подсчитайте,

сколько времени длится электролиз при образовании 1 кг Ba(OH)2, если сила тока равна 5 А.

18.Вычислите атомную массу двухвалентного металла, если при пропускании через раствор его азотнокислой соли тока силой 4 А в течение 24 мин 30 с на катоде выделилось 2 г металла (выход металла

по току 100 ). Определите, какой это металл. Запишите уравнения катодной и анодной реакций, если электроды угольные.

19. Вычислите время, необходимое для выделения 55 г железа из раствора FeCl3 на угольных электродах, если электролиз проводился током в 10 А, катодный выход по току 80 . Запишите уравнения реакций на электродах.

20. Раствор NiCl2, содержащий 129.7 г соли, подвергался электролизу током в 5 А в течение 5.36 ч. Какие реакции протекают при этом на платиновых электродах? Сколько хлорида никеля осталось в растворе и какой объем хлора выделился (катодный выход по току 80 , анодный 100 )?

21.При электролизе раствора CuSO4 с медными электродами масса катода увеличилась на 5 г. Какое количество электричества было пропущено? Запишите уравнения катодной и анодной реакций.

22.Сколько электричества надо пропустить через раствор LiCl для получения 20 г LiOH? Какие реакции протекали при этом на угольных электродах?

23.Определите массу серебра, которая выделится на катоде и рас-

творится с анода при электролизе раствора AgNO3 с серебряными электродами в течение 2 ч при силе тока 5 А. Катодный выход по току

100	, анодный выход по току 80 . Запишите реакции на катоде и
аноде. Электроды серебряные.
24.	При электролизе раствора KNO3 пропускался ток силой 1 А в

течение 30 мин. Сколько и какого вещества образовалось возле анода и катода? Запишите электрохимическую схему и реакции на катоде и аноде. Электроды – Pt.

54

25. При электролизе раствора CuCl2 выделилось 1.12 л Cl2 (н.у.). Сколько меди при этом выделилось на катоде? Катодный и анодный выход по току 100 . В течение какого времени проводился электролиз, если сила тока равнялась 0.2 А? Запишите реакции на катоде и аноде. Катод изготовлен из меди, анод из графита.

26.Железная пластинка погружена в раствор CuSO4. Напишите уравнение реакции, произошедшей при этом. В результате реакции вес пластинки увеличился на 2 г. Сколько меди выделилось на пластинке?

27.Через электролизер, электродами которого является цинк, в течение двух часов пропускался ток силой 0.8 А. Какое количество цинка при этом выделится на катоде и растворится с анода при электроли-

зе раствора Zn(NO3)2? Катодный выход по току 60 , анодный выход по току 100 . Запишите реакции на катоде и аноде.

28.Водный раствор CaCl2 (электроды Pt) подвергался электролизу

втечение 15 мин при силе тока 6 А. Рассчитайте, какие количества веществ выделились при этом из раствора, если катодный и анодный вы-

ход тока равен 100 . Запишите реакции на катоде и аноде.

29.Вычислите объем хлора (н.у.), выделившегося при электролизе NaCl c платиновыми электродами током в 10 А в течение 0.5 ч. Запишите уравнения электродных реакций.

30.Через раствор Pb(NO3)2 в течение 40 мин пропускался ток силой 0.5 А. Сколько свинца выделилось на катоде при выходе свинца по

току 95 ? Запишите реакции на катоде и аноде. Электроды изготовлены из свинца.

Задание 7. Электрохимическая коррозия

Дан металл и рН среды (см. табл. 17).

1.Оцените возможность коррозии данного металла. Составьте электрохимическую схему коррозионного гальванического элемента, запишите уравнения анодной, катодной и суммарной реакций при коррозии металла.

2.Предложите катодное металлическое покрытие для данного металла. Составьте электрохимическую схему элемента, образующегося при нарушении целостности покрытия, запишите уравнения анодной , катодной и суммарной реакций.

3.Предложите вариант протекторной защиты данного металла. Составьте электрохимическую схему такой защиты, запишите уравнения анодной, катодной и суммарной реакций при работе протекторной защиты.

55

4. Предложите способ электрозащиты металла. Составьте электрохимическую схему такой защиты, запишите уравнения анодной, катодной и суммарной реакций при работе электрозащиты.

Т а б л и ц а 17

	Номер	Металл	рН	Номер	Металл	рН
	варианта			варианта
	1	Cu	10.0	16	Sn	10.0
	2	Cu	8.0	17	Ge	5.0
	3	Co	10.0	18	Ag	4.0
	4	Fe	4.0	19	Cd	5.0
	5	Pb	6.0	20	Pb	2.0
	6	Bi	5.0	21	Fe	9.0
	7	Zn	10	22	Cd	11.0
	8	Ni	7.0	23	Co	4.0
	9	Tl	10.0	24	Pb	6.0
	10	Mn	2.0	25	Cr	5.0
	11	Ti	7.0	26	Zn	6.0
	12	Hg	3.0	27	Co	5.0
	13	Pb	10.0	28	Fe	6.0
	14	Ga	6.0	29	V	4.0
	15	Zn	3.0	30	Mo	7.0

56

																					Приложения
																																														Приложение 1
											Периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева
			I																																VII					VIII					атомнй		обозначение
		Н	1																																		(H)				2 He				номер			элемента
1	1				1,01																																			4,00
		водород							II				III					IV						V					VI											гелий
2	2	Li	3					Be			4	9,01			5		В		6		С				7			N 16,00		8			О 19,00			9			F	10		Ne
					6,94								10,81					12,01					14,01																	20,18
		литий					бериллий									бор		углерод					азот						кислород							фтор					неон
		Na		11						12					13		Al		14		Si				15			P		16		S				17		Cl			18		Ar		относительная
3	3				22,99			Mg				24,31	26,98					28,09					30,97						32,06					35,45						39,95					атомнаямасса
		натрий						магний										кремний					фосфор							cера						хлор				аргон
	4	K	19				Ca			20			Sc		21			Ti	22				V			23			Cr	24						2	5			Fe	26				Co	27	Ni		28
					39,10							40,08				44,96					47,90						50,94					52,00		Mn				54,94					55,85			58,93			58,70
4																																													кобальт		никель
	5		29		Cu				30			Zn	31					32						33					34		Se				35			Br		36			Kr
		63,55						65,38					69,72		Ga			72,59		Ge			74,92				As		78,96					79,90						83,80
57																		германий					мышьяк						селен							бром				криптон
		Rb		37				Sr		38			Y		39			Zr	40				Nb			41				42				Tc		43				Ru	44				Rh	45	Pd		46
	6
					87,62							87,62				88,91					91,22						92,91		Mo			95,94						98,91				101,07				102,91			106,42
5																							ниобий						молибден					технеций						рутений					родий		палладий
			47		Ag				48						49		In		50						51					52		Te				53			I		54
	7	107,87					112,41				Cd		114,82					118,69			Sn		121,75				Sb		127,60					126,90						131,30		Xe
	8		55						56				La		57			Hf	72				Ta		73				W	74						75				Os	76				Ir	77	Pt		78
		Cs		132,91				Ba			137,33				138,91					178,49							180,95			183,85				Re			186,21					190,20				192,22			195,09
6																																		рений						осмий					иридий		платина
			79						80						81				82						83					84						85				86							-s-элементы
	9	196,97			Au 200,59						Hg 204,37						Tl 207,20				Pb 208,98							Bi [209]			Po [210]							At		[222]		Rn
																																															-p-элементы
7 10 Fr			87					88					Ac			89			104						105					106						107					108						-d-элементы
					[223]		Ra				226,03					[227]		Ku			[261]		Ns					[261]	[263]					[262]						[265]							-f-элементы
																					* лантоиды
	87	Pr	59					60					61				62			63		Gd		64				65					66				67			68					69	70			71
Ce 140,12				140,91		Nd 144,24 Pm [145]								Sm150,40 Eu							151,96			157,25				Tb	158,93	Dy 162,50					Ho			164,93		Er 167,26				Tm 168,93		Yb 173,04		Lu 174,97
церий		празеодим				неодим						прометий			самарий			европий										тербий		диспрозий					гольмий					эрбий				тулий		иттербий		лотеций
																					** актиноиды
	90		91			U		92					93				94				95			96				Bk	97	Cf			98		Es		99			100					101	102			103
Th 232,04		Pa		231,04				238,03				Np 237,05		Pu [244] Am							[243]	Cm [247]							[247]				[251]						[254]	Fm [257]				Md [258]		[255]			[256]
торий						уран						нептуний			плутоний америций								кюрий					берклий												фермий						нобелий

Приложение 2

Таблица растворимости солей и оснований в воде

Катион

Анион

Mg2 +

Ca2 +

Ba2 +

Al3 +

Cr3 +

Fe2 +

Fe3 +

Zn2 +

Ag +

Cu2 +

Pb2 +

OH–

м

м

р

н

н

н

н

н

н

н

н

Cl–

р

р

р

р

р

р

р

р

н

р

м

I–

р

р

р

м

р

р

р

н

н

S2–

р

м

р

н

н

н

н

н

SO32–

н

н

н

н

н

н

н

н

SO42–

р

м

н

р

р

р

р

р

м

р

н

PO43–

н

н

н

н

н

н

н

н

н

н

н

CO32–

н

н

н

н

н

н

н

н

н

NO3–

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

р

CH3COO–

р

р

р

м

р

р

р

р

р

р

р

Примечание: р – растворимые ( > 10 г/л H2O)

м – малорастворимые (10 0.01 10 г/л H2O)

ннерастворимые ( < 0.01 г/л H2O)

тире разлагаются водой или не существуют.

58

Приложение 3

Константы диссоциации слабых кислот и оснований

Электролит		К
H3BO3	К1	7.3 10–10
	К2	1.8 10–12
	К3	1.6 10–14
HCN		4.8 10–10
H2CO3	К1	4.45 10–7
	К2	4.69 10–11
H2C2O4	К1	6.5 10–2
	К2	6.1 10–5
HCOOH		1.77 10–4
CH3COOH		1.8 10–5
HClO		5.6 10–8
HF		3.53 10–4
HNO2		4.6 10–4
H3PO4	К1	7.9 10–3
	К2	1 10–7
	К3	4.5 10–12
H2S	К1	9.1 10–8
	К2	1.2 10–12
H2SO3	К1	1.7 10–2
	К2	5 10–6

Электролит		К
Al(OH)3	К3	1.38 10–9
AgOH		1.1 10–4
Bi(OH)3	К3	1.4 10–30
Ca(OH)2	К2	3.74 10–3
Cd(OH)2	К2	5.0 10–3
Co(OH)2	К2	4.5 10–5
Cr(OH)3	К3	1.02 10–10
Cu(OH)2	К2	3.4 10–7
Fe(OH)2	К2	1.3 10–4
Fe(OH)3	К3	1.8 10–11
Ga(OH)3	К3	4.0 10–12
Hg(OH)2	К2	4.0 10–10
Mg(OH)2	К2	2.5 10–3
Mn(OH)2	К2	5.0 10–4
NH4OH		1.8 10–5
Ni(OH)2	К2	2.5 10–5
Pb(OH)2	К2	9.6 10–4
Ti(OH)4	К4	6.0 10–11
Tl(OH)3	К3	9.0 10–12
Zn(OH)2	К2	4.0 10–5

59

Приложение 4

Стандартные энтальпии образования H o и энтропии S o

f 298 298

некоторых веществ

	Веще-	Состо-	f H 298o ,	S298o ,
	ство	яние	кДж/моль	Дж/моль К
	Ag	к	0	42.6
	AgCl	к	–126.8	96.2
	Al	к	0	28.5
	AlCl3	к	–695.4	111.3
	Al2O3	к	–1670	51.0
	Al(OH)3	к	–981	35.2
	AsH3	г	66.4	223
	As2O3	к	–929	105.4
	В	к	0	5.85
	B2O3	к	–1276	54.0
	Ва	к	0	62.5
	BaO	к	–548	72.0
	BaCO3	к	–1210	112
	С	гра-	0	5.9
		фит
	С	алмаз	1.88	2.4
	СО	г	–110.7	197.9
	СО2	г	–395.4	213.8
	СН4	г	–74.9	186.2
	С2Н2	г	226.8	200.8
	С2Н4	г	52.3	219.2
	С2Н6	г	–84.5	229.3
	СH3OH	ж	–201.0	238.5
	CS2	ж	–88.7	151
	Са	к	0	41.8
	CaC2	к	–59.0	70.3

	Веще-	Со-	f H o	S298o ,
	ство	сто-	298
		яние	кДж/моль	Дж/моль К
	CuO	к	–162	43.5
	Cu2O	к	–167.4	93.7
	Cu(OH)2	к	444.3	84
	CuCO3	к	–595	201
	CuCl	к	–134	92
	CuCl2	к	–172.4	117
	CuI	к	–68.0	96.7
	Cu2S	к	–82.0	119.2
	Fe	к	0	27.2
	FeO	к	–266.5	58.6
	Fe2O3	к	–822	87.4
	FeCO3	к	–738	95.4
	FeS	к	–95.0	60.2
	FeSO4	к	–926	49
	H2	г	0	130.5
	H2O	г	–241.0	188.7
	H2O	ж	–285.8	70.3
	H2O2	ж	–187.9	109.6
	I2	г	62.4	260.7
	I2	к	0	116.3
	HI	г	6.35	206.5
	KC1	к	–436	82.6
	KC1O3	к	–391.2	143
	Li	к	0	29.1
	Li2O	к	–594	37.9

60