Что такое электролиз
Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создаётся электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии
Электролиз - задачи и примеры
1. При смешивании растворов Al2(SO4)3 и K2S в осадок выпадает Al(OH)3. Укажите причину этого и составьте соответствующие молекулярные и ионно-молекулярные уравнения.
2. Составьте молекулярные и ионные уравнения процессов, происходящих на инертных электродах при электролизе растворов СаСl2, КОН.
1) При смешивании растворов сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ и сульфида калия K₂S можно было бы ожидать выпадения осадка сульфида алюминия Al₂S₃. Однако на самом деле выпадает осадок гидроксида алюминия Al(OH)₃. Это связано с тем, что в растворе протекают реакции гидролиза и по катиону, и по аниону - образуются слабо диссоциирующие вещества. И гидролиз идет необратимо:
Молекулярное уравнение: Al₂(SO₄)₃ + 3 K₂S + 6 H₂O = 2 Al(OH)₃↓ + 3 H₂S↑ + 3 K₂SO₄
Молекулярно-ионное уравнение:
2 Al³⁺ + 3 SO₄²⁻ + 6 K⁺ + 3 S²⁻ + 6 H₂O = 2 Al(OH)₃↓ + 3 H₂S↑ + 6 K⁺ + 3 SO₄²⁻
Краткое молекулярно-ионное уравнение:
2 Al³⁺ + 3 S²⁻ + 6 H₂O = 2 Al(OH)₃↓ + 3 H₂S↑
2)
а CaCl₂ - эл. Ток -> Ca (OH)₂ + H₂↑ + Cl₂↑
На катоде восстановление: 2 H₂O + 2 e⁻ = 2 OH⁻ + H₂↑
Катион кальция не восстанавливается, потому что кальций - слишком активный металл, он намного левее водорода (и марганца в ряду напряжений металлов. Других катионов в растворе практически нет (концентрацией ионов водорода можно пренебречь, поскольку среда нейтральная. Поэтому восстанавливаются молекулы воды с образованием водорода и гидроксид-ионов.
На аноде окисление: 2 Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑
Окисляются хлорид-ионы (как анионы бескислородной кислоты ) до свободного хлора.
Молекулярно-ионное уравнение:
Ca²⁺ + 2 Cl⁻ + 2 H₂O = Ca²⁺ + H₂↑ + 2 OH⁻ + Cl₂↑
Молекулярное уравнение:
CaCl₂ + 2 H₂O = Ca(OH)₂ + + H₂↑ + Cl₂↑
б KOH - эл. Ток -> KOH + O₂↑ + H₂↑
На катоде восстановление: 2 H₂O + 2 e⁻ = 2 OH⁻ + H₂↑
Катион калия не восстанавливается, потому что калий - слишком активный металл, он намного левее водорода (и марганца в ряду напряжений металлов. Других катионов в растворе практически нет (концентрацией ионов водорода можно пренебречь, поскольку среда щелочная. Поэтому восстанавливаются молекулы воды с образованием водорода и гидроксид-ионов.
На аноде окисление: 2 H₂O - 4e⁻ = 4 H⁺ + O₂↑
Окисляются молекулы воды до ионов водорода и свободного кислорода. Гидроксид-ионы, как анионы кислородсодержащих кислот обычно на аноде не окисляются на инертных электродах.
Молекулярно-ионное уравнение:
K⁺ + OH⁻ + 6 H₂O = K⁺ + OH⁻ + 4 OH⁻ + 2 H₂↑ + 4H⁺ + O₂↑
Молекулярное уравнение:
6 H₂O = 4 OH⁻ + 2 H₂↑ + 4H⁺ + O₂↑
6 H₂O = 4 H₂O + 2 H₂↑ + O₂↑
2 H₂O = 2 H₂↑ + O₂↑
1. Укажите верные высказывания. В земной коре:
1. Алюминий - наиболее распространенный металл А1,3, 4,5
2. Железо - наиболее распространенный металл B)2,3, 4,5
3. Натрий встречается только в составе солей C) только 3
4. Серебро и золото встречаются в свободном состоянии D)1,3, 4
5. Алюминий и железо встречаются только в виде оксидов E) только 4
2. Какое высказывание относительно руд ошибочное?
А природные соединения, пригодные для промышленного получения металлов.
B) могут состоять из оксидов и солей
C) при получении металлов сернистые руды первоначально превращают в оксиды
D) из руд металлы получают тремя способами
E) из руд активные металлы получают гидрометаллургическим способом
3. Пластину из какого металла надо приварить к железному корпусу корабля, чтобы защитить его от коррозии?
А Mg
B) Pb
C) Cu
D) Sn
E) Ag
4. Перепишите в тетрадь схемы, по которым можно получить металл, и завершите их.
1. Fe₃O₄+ CO→ (наверху стрелки t)
2. Fe₃O₄+AL→ (наверху стрелки t)
3. K₂O+H₂→ (наверху стрелки t)
4. ZnO+C→ (наверху стрелки t)
5. CaO+C→ (наверху стрелки t)
5. Укажите верные высказывания. Согласно ряду напряжения металлов.
1. Ион лития - самый слабый окислитель A)2,3, 4
2. Калий легче всех образует катион B)2,3
3. Цинк восстанавливает ион свинца C)2,4
4. Золото наиболее трудно окисляется D)1,3, 4
E) только 1
6. Составьте уравнения электролиза расплавов бромида кальция и хлорида калия.
7. Перепишите схемы в тетрадь и завершите их.
а. Ba+H₂O→
b.Mg+CuSO₄→
c.MoO₃+H₂→ (наверху стрелки t)
d.Cr₂O₃+AL→ (наверху стрелки t)
8. Сколько килограммов металлического натрия можно получить электролизом расплава 234 кг хлорида натрия? Ar(Na)=23; Ar(Cl)=35,5
9. Сколько граммов каждого из металлов следует взять в реакцию, чтобы получить 200 г бронзы, содержащего 90% меди и 10% олова? Ar(Cu)=64; Ar(Sn)=119.
10. Масса цинковой пластины, опущенной в раствор сульфата меди(II), уменьшилась на 0,2 г. Определите, сколько граммов меди выделилось на поверхности цинковой пластины. Ar(Cu)=64, Ar(Zn)=65
1A 2E 3A
41. Fe₃O₄+ CO→(наверху стрелки t)⇒Fe+CO2
2. Fe₃O₄+AL→(наверху стрелки t)⇒Al2O3+Fe
4. ZnO+C→(наверху стрелки t)⇒Zn+CO
5D
6. СаBr2 На катоде Сa+2+2e = Ca(0)
на аноде 2Br-2e = Br2
КСl На катоде К+ +1е = К(0)
На аноде 2Сl-2e = CL2
1. А
2. Е
3. А
4. 1,2,4
5. Е
9.200 гр-100%
х гр-90%
х= 200*90/100
х=180 гр (меди
Составьте урвнения электролиза расплавов бромида кальция и хлорида калия.
Закон Фарадея (закон электролиза: m= Мэ ∙ Q/F = Мэ ∙ I ∙ t / F, для газов: V= Vэ ∙ Q/F= Vэ ∙ I ∙ t / F
где Мэ – эквивалентная масса вещества (г)/моль, Vэ – эквивалентный объём газа (л)/моль,
Q – количество электричества (Кл,
I – сила тока (А, t – продолжительность процесса электролиза (с,
F – постоянная Фарадея (F = 96 485 ≈ 96 500 Кл/моль.
Мэ=М/z = М ∙ ƒэкв
где М - молярная масса вещества (г)/моль.
Vэ = Vm/z = Vm ∙ ƒэкв
где Vm - молярный объем газа (л)/моль.
Вычислить массу перманганата калия для получения 56 литров кислорода при нормальных условиях. Какой объем кислорода и водорода выделяется при электролизе 90 граммов воды?
1. 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
n(O2) = 56 л: 22,4 л/моль = 2,5 моль
n(KMnO4) = 2n(O2) = 5 моль
m(KMnO4) = 5 моль * 158 г/моль = 790 г
2. 2Н2О = 2Н2 + О2
n(H2O) = 90 г: 18 г/моль = 5 моль
n(H2) = 5 моль
V(H2) = 5 моль * 22,4 л/моль = 112 л
n(O2) = 2.5 моль
V(O2) = 2,5 моль * 22,4 л/моль = 56 л
В промышленных условиях при электролизе раствора алюминия в расплавленном криолите (растворитель получают алюминий и кислород. Составьте химическое уравнение этого процесса. Алюминий какой максимальной массы можно теоретически получить из оксида алюминия массой 4,50т?
Электролитический процесс получения алюминия из его оксида называется процесс Холла-Эру. По большому счету все сводится к электролизу оксида алюминия.
Процесс на катоде
$$ C+O_{2} \rightarrow CO_{2} $$.
Пишем реакцию для получения алюминия
2Al2O3 = 4Al + 3O2
Считаем количество вещества оксида алюминия 4500/102 = 44,1 кмоль.
Алюминия в 2 раза больше, т.е. 44,1*2 = 88,2 кмоль.
Считаем массу алюминия 88,2*27 = 2381 кг или приблизительно 2,4 тонны.
Ответ: 2,4 тонны
Какие газообразные вещества образуются при электролизе раствора солей хлорида и сульфата магния (электроды угольные? Ответ обоснуйте. Составьте схемы электролиза растворов этих солей с инертными электродами, напишите электронные уравнения для процессов, протекающих на катоде и аноде, и суммарные уравнения электролиза этих солей
Так как магний расположен вначале ряда напряжений, то на катоде идет процесс восстановления воды и выделяется водород. Катионы металла не восстанавливаются и остаются в растворе. Так как анод инертный (уголь, то при электролизе раствора хлорида магния, на аноде идет процесс окисления хлорид-иона (выделяется хлор; а при электролизе раствора сульфата магния, на аноде идет процесс окисления воды и выделяется кислород. Таким образом, при электролизе раствора солей хлорида и сульфата магния будут выделяться кислород, водород и хлор.
MgCl₂ ⇄ Mg²⁺ + 2Cl⁻
катод (-): 2H₂O + 2e = H₂↑ + 2OH⁻
анод (+): 2Cl⁻ - 2e = Cl₂↑
Суммарное уравнение процессов, протекающих в растворе:
MgCl₂ + 2H₂O = H₂↑ + Cl₂↑ + Mg(OH)₂↓
MgSO₄ ⇄ Mg²⁺ + SO₄²⁻
катод (-): 2H₂O + 2e = H₂↑ + 2OH⁻
анод (+): 2H₂O - 4e = O₂↑ + 4H⁺
Суммарное уравнение процессов, протекающих в растворе:
2H₂O = 2H₂↑ + O₂↑
1. Сколько литров азота вступает в реакцию с водородом, если образуется 89,6 л аммиака
2. Сколько литров газа выделяется при разложении 4 моль нитрита аммония.
3. Сколько литров газа выделяется на аноде при электролизе раствора сульфата калия, если на катоде образуется 15 мл газа.
4. Сколько азотной кислоты можно получить из 224 мл NH3, если выход продукта составляет 80%
N = m/M = V/Vм
1. 3H2 + N2 = 2NH3
n(NH3) = 89,6/22,4 = 4 моль
n(N2) = 4/2 = 2 моль
V(N2) = 2*22,4 = 44,8 л
2. NH4NO3 + t = NH3 + HNO3
n(NH3) = 4 моль
V(NH3) = 4*22,4 = 89,6 л
3. K2SO4 электролиз водн. Р-ра
2H2O = 2H2 + O2
V(H2) = 15 мл = 0,015 л
n(H2) = 0,015/22,4 = 6,7*10⁻⁴ моль
n(O2) = 6,7*10⁻⁴/2 = 3,35*10⁻⁴ моль
V(O2) = 3,35*10⁻⁴*22,4 = 7,5*10⁻³ л
4. NH3 + 2О2 → HNO3 + Н2О
V(NH3) = 224 мл = 0,224 л
n(NH3) = 0,224/22,4 = 0,01 моль
m(HNO3) = 0,01*63 = 0,63 г
m(HNO3) пр = 0,63*0,8 = 0,504 г
Найти массу йода при электролизе раствора йода натрия массой 15г
15г Х г
2NaI -> 2Na + I2
n = 2 моль n = 1 моль
Mr = 150 г/моль Mr = 254 г/моль
m = 300 г m = 254 г
15 г NaI - Х г I2
300 г NaI - 254 г I2
m(I2) = 15 * 254 / 300 = 12,7 г
Найти объём газа при электролизе расплава соли хлорида алюминия массой 13,35 г
13,35 г Х л
2AlCl3 -> 2Al + 3Cl2
n = 2 моль n = 3 моль
Mr = 132 г/моль Vm = 22,4 л/моль
m = 264 г V = 67,2 л
13,35 г AlCl3 - Х л Cl2
264 г AlCl3 - 67,2 л Cl2
V(Cl2) = 13,35 * 67,2 / 264 = 3,4 л
