Занятие 39, 40. Электролиз расплавов и растворов

6 На занятии проводится тестовый контроль по теме «овр. Электролиз».

Вариант билета

1. Расположите вещества в порядке возрастания их окислительных свойств: а) MnO₂; б) MnCl₂; в) K₂MnO₄; г) KMnO₄.

1. а, б, в, г 2) б, а, в, г 3) в, г, а, б 4) г, в, а, б

1. Как называется следующий процесс и сколько электронов в нем участвует: Br₂  2Br^–:

1. восстановление, 1е 3) восстановление, 2е

2. окисление, 1е 4) окисление, 2е

1. Какое вещество проявляет только окислительные свойства:

1. NH₃ 2) NO₂ 3) HNO₂ 4) HNO₃

4. Сумма коэффициентов в правой части уравнения реакции:

KMnO₄ + HCl  MnCl₂ + KCl + H₂O + Cl₂ равна:

1. 4 2) 8 3) 17 4) 18

1. Массовая доля нитрата натрия в растворе после электролиза:

1. не изменится 2) увеличится 3) уменьшится

1. Какая группа металлов может быть получена электролизом водных растворов их солей:

1. Ag, Cu, Zn 2) Ag, Zn, Al 3) Cu, Zn, Na 4) Ag, Cu, K

1. При электролизе раствора Zn(NO₃)₂ на электродах выделяются вещества:

1. Zn, O₂, NO₂ 2) H₂, O₂, NO₂ 3) H₂, O₂, Zn 4) Zn, H₂, NO₂

& Вопросы для самостоятельной подготовки.

1. Понятие о ряде стандартных электродных потенциалах.

2. Сущность электролиза?

3. Электролиз расплавов солей.

4. Электролиз водных растворов электролитов.

5. Практическое значение электролиза водных растворов солей.

Типовые упражнения с решениями

Задача № 1

Установите соответствие между формулами веществ и характером среды в анодном пространстве при электролизе их растворов с нерастворимым анодом:

Формула вещества Характер среды

1) NaCl А) кислая

2) KNO₃ Б) нейтральная

3) NaF В) щелочная

4) FeCl₂

Решение:

Напишем уравнения электролиза:

1. NaCl = Na⁺ + Cl^–

Катод: Na⁺ – не восстанавливается

2Н₂О + 2® Н₂ + 2ОН^–, среда щелочная

Анод: 2Cl^– – 2® Cl₂, среда нейтральная (Б)

Н₂О – не окисляется

2. KNO₃ = K⁺ + NO

Катод: K⁺ – не восстанавливается

2Н₂О + 2® Н₂ + 2ОН^– , среда щелочная

Анод: NO– не окисляются

2Н₂О – 4® О₂ + 4Н⁺, среда кислая (А)

3. NaF = Na⁺ + F^–

Катод: Na⁺ – не окисляются

2Н₂О + 2® Н₂ + 2ОН^–, среда щелочная

Анод: F^– – не окисляются

2Н₂О – 4® О₂ + 4Н⁺, среда кислая (А)

4. FeCl₂ = Fe²⁺ + 2Cl^–

Катод: Fe²⁺ + 2® Fe⁰

2Н₂О + 2® Н₂ + 2ОН^–, среда щелочная

Анод: 2Cl^– – 2® Cl₂, среда нейтральная (Б)

Н₂О – не окисляется

Ответ

1	2	3	4
Б	А	А	Б

Задача № 2

В 150 мл воды растворили сульфат калия массой 20 г и провели электролиз соли с инертными электродами, в результате чего массовая доля сульфата калия стала равной 15%. Определите объемы выделившихся газов (л) при температуре 20^оС и 101325 Па.

Решение:

1. Запишем уравнение электролиза:

(K₂SO₄) + 2H₂O = 2H₂ ­ + O₂ ­ + (K₂SO₄)

Катод: K⁺ – не восстанавливается

2Н₂О + 2® Н₂ + 2ОН^–

Анод: – не окисляется

2Н₂О – 4® О₂ + 4Н⁺

2. Из уравнения электролиза видно, что ионы соли не принимают участие в электродных процессах, следовательно, масса соли остается неизменной, т.е. равна 20 г, а масса воды уменьшается, следовательно, уменьшается масса раствора.

3. Находим массу раствора после электролиза, зная из условия задача массовую долю соли в растворе и массу соли:

m_(р-ра) = ;m_(р-ра) = = 133,3 г.

4. Рассчитываем массу разложившейся воды m_разл(Н₂О):

m_разл(Н₂О) = m_(р-ра) до электролиза – m_(р-ра) после электролиза;

m_разл(Н₂О) = 150 + 20 – 133,3 = 36,7 г.

5. Рассчитаем количество вещества воды, разложившейся в ходе электролиза:

; моль.

6. Определим количество вещества водорода, выделившегося в ходе электролиза:

n(Н₂) : n_разл(Н₂О) = 1 : 1 Þ n(Н₂) = n_разл(Н₂О) = 2,04 моль.

7. Определим количество вещества кислорода, выделившегося в ходе электролиза:

n(О₂) : n_разл(Н₂О) = 1:2 Þ n(О₂) =n_разл(Н₂О)=×2,04 = 1,02 моль.

8. Так как условия не соответствуют нормальным, то для определения объемов выделяющихся при электролизе газов воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона pV = nRT:

;

= 0,049 м³ = 49 л;

= 0,0245 м³ = 24,5 л.

Ответ: V(Н₂) = 49 л, V(O₂) = 24,5 л

Упражнения и задачи для самостоятельного решения.

1. В какой последовательности будут вытесняться металлы, если цинковую пластинку опустить в раствор, содержащий смесь солей: сульфат никеля(II), сульфат железа(II), сульфат меди(II).

2. Имеется раствор смеси солей: нитрата серебра, нитрата калия и нитрата марганца(II). Какие вещества и в какой последовательности будут выделяться на электродах при электролизе этого раствора?

3. При электролизе водного раствора нитрата серебра с инертными электродами на аноде выделилось 5,6 л (н.у.) кислорода. Определите молярную концентрацию исходного раствора, если его объем 2 л.

(Ответ: 0,5М).

4. При электролизе 500 г водного раствора хлорида цинка на аноде выделился газ, который прореагировал с раствором иодида калия, при этом выделилось 88,9 г иода. Определите массовую долю исходного раствора хлорида цинка. (Ответ: 9,52%).

5. В 400 г воды растворили 46,8 г хлорида натрия. Полученный раствор подвергли электролизу и собрали 2,24 л (н.у.) хлора. Определите массовую долю хлорида натрия в растворе после электролиза.

(Ответ: 8%).

6. Укажите, какие металлы могут быть получены электролизом водных растворов их солей: Cs, Zn, Ni, Al, Ba, Ag, Au.

7. Изменится ли количество соли в растворе, если электролизу подвергнуть раствор: а) сульфата калия; б) хлорида калия (анод – инертный). Составьте схему электролиза.

Дополнительные задания

1. Какие процессы будут происходить при электролизе водных растворов Сu(NO₃)₂, KOH, H₂SO₄, BaCl₂, NiSO₄? Напишите суммарные уравнения реакций.

2. При электролизе водного раствора нитрата серебра на аноде выделилось 11,2 л газа (н.у.), который прореагировал с 31 г фосфора с образованием оксида фосфора (V). Определить количество образовавшегося оксида фосфора (V) и массу прореагировавшего нитрата серебра.

(Ответ: 0,2 моль P₂O₅; 340 г AgNO₃)

3. При электролизе расплава хлорида металла(III) на аноде выделилось 336 мл газа, а на катоде 0,52 г металла. Хлорид какого металла был взят? (Ответ: CrCl₃)

4. При сливании 135 г 20%-ного раствора хлорида меди(II) и 680 г 10%-ного раствора нитрата серебра образовался осадок, который отделили, а оставшийся раствор подвергли электролизу. Определите массы веществ, выделившихся на электродах. (Ответ: 12,8 г Cu; 3,2 г O₂)

5. Раствор хлорида натрия массой 300 г с массовой долей соли 11,7% подвергли полному электролизу. К образовавшемуся раствору добавили 50 г раствора фосфорной кислоты с массовой долей 39,2%. Какая соль и какой массы образовалась? (Ответ: Na₃PO₄; 32,8 г)

6. Как изменится массовая доля сульфата меди в растворе после проведения электролиза 100 г раствора с массовой долей CuSO_4, равной 20%, если на катоде при этом выделилось 3,2 г меди? Какой объем газа (н.у.) выделится на аноде? (Ответ: 12,5%; 0,56 л)