Химия

Процесс образования хлората калия можно выразить уравнением

$KCl + 3H_2O = KClO_3 + 3H_2$. (1)

Это суммарное уравнение объединяет ряд отдельных реакций, протекающих на электродах и в растворе. В ходе электролиза на катоде происходит разрядка молекул воды, а на аноде - ионов хлора, в растворе же остаются ионы $K^{+}$ и образуются ионы $OH^{-}$

катод: $2H_2O + 2e = H_2 + 2OH^{-}$,
анод: $2Cl^{-} - 2e = Cl_2$,
$2KCl + 2H_2O = H_2 + 2KOH + Cl_2$.

Образующийся хлор реагирует с раствором щелочи

$Cl_2 + 2KOH = KCl + KOCl + H_2O$,
$3KOCl = KClO_3 + 2KCl$

или

$3Cl_2 + 6KOH = KClO_3 + 5KCl + 3H_2O$.

Появляющиеся в ходе этих реакций ионы $Cl^{-}$ вновь окисляются на аноде, и в итоге процесс протекает по уравнению (1).

(Можно представить себе, что при достаточно высокой концентрации ионов $Cl^{-}$ и большой плотности тока сразу происходит окисление ионов $Cl^{-}$ на аноде:

$Cl^{-} + 6OH^{-} - 6e = ClO_3^{-} + 3H_2O$.)

Из уравнения (1) следует, что на каждый моль $KClO_3$ в процессе электролиза выделяется 6 г-экв водорода. Если образовалось х молей $KClO_3$, то выделится $6x$ г-экв водорода, а на электролиз затрачивается $6 F \cdot x$ Кл электричества. Через электролизер прошло 714,8 А-ч, или $714,8 \cdot 3600 = 2,573 \cdot 10^6$ Кл, электричества, из которых на образование $KClO_3$ затрачено $2,573 \cdot 10^6 \cdot 0,9 = 2,316 \cdot 10^6$ Кл. При этом должно получиться

$n = \frac {2,316 \cdot 10^6}{6 \cdot 9,65 \cdot 10^4} = 4$ моля,

или

$4 \cdot 122,5 = 490 \: г = 0,49 \: кг \: KClO_3$ ($M = 122,5$).

При электролизе в результате реакции (1) было также получено $3 \cdot 4 = 12$ молей, или $12 \cdot 22,4 = 268,8 \: л$, $H_2$.

При разложении образовавшейся бертолетовой соли

$2KClO_3 \overset {t^{\circ}}{\underset {MnO_2}{\rightarrow}} 2KCl + 3O_2$

из 4 молей $KClO_3$ выделяется $4 \cdot 1,5 = 6$ молей, или $6 \cdot 22,4 = 134,4$ л, $O_2$. Это количество кислорода соответствует количеству полученного водорода

$2H_2 + O_2 = 2H_2O$ ($V_{H_2} : V_{O_2} = 2 : 1$).

Электролизу подверглось 4 моля $KCl$.
Затраченная электроэнергия определяется уравнением

$U = V \cdot q = 3 \cdot 714,8 = 2144,4 Вт \cdot ч = 2,144 \: кВт \cdot ч$.