Пример 2

1. Записываем схему реакции без коэффициентов

KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄  MnSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

2. Определяем степени окисления элементов

KMn⁺⁷O₄ + Fe ⁺²SO₄ + H₂SO₄  Mn ⁺²SO₄ + Fe₂⁺³(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

Как видно, степень окисления меняется только у марганца и желе­за, у первого она понижается (восстановление), у второго - повышает­ся (окисление).

3. Определяем число электронов, отдаваемых восстановителем FeSO₄ и принимаемых окислителем КМnО₄:

Мn⁺⁷+5е = Мn⁺² 5 12 = 2

5

Fe⁺²-le = Fe⁺³ 1 52 = 10

По уравнению реакции число атомов железа до и после реакции нечетное, для того чтобы их привести к кратным четным значениям, коэффициенты удваиваются:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + H₂SO₄  MnSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

4. Последовательность расстановки коэффициентов в дальнейшем следующая:

• уравниваем число атомов, изменивших степень окисления;

• уравниваем количество атомов щелочных металлов до и после реакции;

• подсчитываем число атомов серы после и до реакции, разность между этими значениями - коэффициент перед серной кислотой равен 8;

-последними уравниваем атомы водорода: подсчитываем число атомов водорода после и до реакции; коэффициент перед водой равен 8:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄  2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O.

5. Проверяем правильность подбора коэффициентов подсчетом числа атомов кислорода слева и справа в уравнении реакции:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄  2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O.

Число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения оди­наково, поэтому данное уравнение является окончательным:

2KMnO₄ + l0FeSO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O.

Пример 3

Fe⁺²S₂^-1 + O₂⁰  Fe₂⁺³O₃^-2 + S⁺⁴O₂^-2.

В таких случаях, если больше чем два элемента изменяют степень окисления, определяем суммарное число электронов отданных или присоединенных элементами:

Fe ⁺²-e = Fe⁺³ 11 4

2S^-1-10e = 2S⁺⁴ 44

2O⁰+ 4е = 2 О^-2 4 11

Конечное уравнение этой реакции:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂.

Пример 1. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в раствор нитрата цинка с молярной концентра­цией 0,1 моль/дм³, и металлического свинца, погруженного в раствор нитрата свинца с молярной концентрацией 0,02 моль/дм³ Вычислите ЭДС элемента, напишите уравнения электродных процессов, составьте схему элемента.

Решение. Чтобы определить ЭДС элемента, необходимо вычис­лить электродные потенциалы по уравнению Нернста (7.2):

Находим ЭДС элемента по формуле (7.3):

Поскольку , то на свинцовом электроде будет происходить восстановление, т. е. он будет служить катодом:

Рb²⁺ + 2e = Рb.

На цинковом электроде будет протекать процесс окисления:

Zn = Zn²⁺ + 2e,

т. е. этот электрод будет анодом.

Схема рассматриваемого гальванического элемента имеет сле­дующий вид:

А (-) Zn | Zn(NO₃)₂ | | Pb(NO₃)₂ | Pb (+) К.

Ответ: 0,61 В.

Пример 2. При полном электролизе полного раствора KСl на ано­де выделилось 2,8 дм³ при н. у. газа. Какие вещества и в каком количе­стве образовались в катодном пространстве?

Решение. В растворе КСl имеются ионы: К⁺, Сl^-, Н⁺, ОН^-

(КСl  К⁺ + Сl^-, Н₂О Н⁺ + OH^-).

К (-): 2Н₂О + 2е = Н₂ + 2ОН^-,

А(+):2Сl^- - 2е = Сl₂.

2Н₂О + 2Сl^- = Н₂ + 2ОН^- + С1₂,

2Н₂О + 2КСl = H₂ + 2КОН + Cl₂.

Газ, объем которого равен 2,8 дм³, - это хлор, полученный на ано­де. В катодном пространстве накапливается щелочь, КОН; кроме того, на катоде выделяется водород. Таким образом, необходимо найти n(Н2) и n(КОН).

Из уравнения: 2Н₂О + 2КСl = Н₂ + 2КОН + С1₂получаем:

n(КОН) = 2n(Сl₂) = 2 0,125 = 0,25 моль.

Ответ: 0,125 моль Н₂; 0,25 моль КОН.

Пример 3. Определите массу цинка, который выделится на катоде при электролизе раствора сульфата цинка в течение 1 ч при токе 26,8 А, если выход цинка по току равен 50 %.

Решение. Согласно закону Фарадея (7.9), подставив в уравнение числовые значения, определим массу цинка, который должен выде­литься, т. е. теоретическую массу:

Так как выход по току цинка составляет 50 %, то практически на катоде выделится цинк массой:

m_пр=32,49  0,5= 16,25 г.

Ответ: 16,25 г.

Пример 4. Ток силой 6 А пропускали через водный раствор сер­ной кислоты в течение 1,5 ч. Вычислите массу разложившейся воды и объем выделившихся кислорода и водорода (условия нормальные).

Решение. Массу разложившейся воды находим из уравнения за­кона Фарадея, имея в виду, что 1,5 ч = 5400 с.

.

При вычислении объемов выделившихся газов (кислорода и водо­рода) представим уравнение закона Фарадея в следующей форме:

Ответ: V(O₂)= 1,88 дм³; V(Н₂) = 3,76 дм³.