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