Химия

8 класс

Электролизу на платиновых электродах подвергли 200 г 10 %-ного раствора хлорида натрия, содержащего несколько капель раствора фенолфталеина. После прекращения электролиза было установлено, что на отрицательно заряженном электроде выделилось

$240 см^3$ газа (в перелете на нормальные условия), масса которого составляла 0,0217 г. Предполагается, что газообразные продукты электролиза, выделившиеся на положительно заряженном электроде, количественно реагируют с раствором, образовавшимся в катодном пространстве электролизера, объем раствора не изменяется вследствие испарения и электролиз проводится при комнатной температуре. а. Определите, какой газ выделился на отрицательном электроде. б. Напишите уравнения реакций, протекающих на обоих электродах, а также реакций, которые можно провести между продуктами электролиза. в. Укажите, какую окраску имел раствор в процессе электролиза. г. Напишите уравнения электродного процесса, который может происходить при замене платинового катода на ртутный, и определите, каким был бы конечный состав электролита, если бы продукты электролиза не реагировали между собой, а остальные параметры процесса сохранились бы без изменения.

Молекулярная масса газа/ выделившегося на катоде,

$M = \frac {0,0217 \cdot 22400}{240} = 2,02$ , т. е. на катоде выделился
водород;

катод:

$2H_2O + 2e = H_2 + 2OH^{-}$ ,
анод:

$2Cl^{-} - 2e = Cl_2$ .

Между щелочью, образующейся в растворе, и выделяющимся хлором происходит реакция

$Cl_2 + 2NaOH = NaCl + NaOCl + H_2O$ .

Из приведенных уравнений реакций следует, что из 1 моля воды и 1 моля

$4NaCl$ образуется 1 моль

$H_2$ и 1 моль

$NaOCl$ , поэтому количественные соотношения между веществами пропорциональны:

2,02 г

$H_2 - 74,44 \: г NaOCl - 58,44 \: г NaCl - 18,0 \: г H_2O$ ,

$0,0217 г H_2 - x \: г NaOCl - y \: г NaCl - z \: г H_2O$ ,

$x = 0,7997 \: г NaOCl$ ;

$y = 0,6278 \: г$ ;

$z = 0,1936$ .

Масса веществ в растворе после окончания электролиза

$m_{H_2O} = 180,0000 - 0,1936 = 179,8064$ г,

$m_{NaCl} = 20,0000 - 0,6278 = 19,3722$ г,

$m_{NaOCl} = 0,7997$ г.

Общая масса раствора

$179,8064 + 19,3722 + 0,7997 = 199,9783$ г, и процентное содержание

$NaCl$ :

$\frac{19,3722 \cdot 100}{199,9783} = 9,69$ %,

$NaOCl$ :

$\frac{0,6997 \cdot 100}{199,9783} - 0,40$ %,

$H_2O$ :

$\frac{179,8064 \cdot 100}{199,9783} = 89,91$ %.

В ходе электролиза раствор благодаря присутствию в нем индикатора фенолфталеина сначала начал приобретать у катода розовую окраску вследствие увеличения около него концентрации ионов

$OH^{-}$ , у анода раствор оставался неокрашенным. При замене платинового катода на ртутный происходит восстановление ионов натрия и образование амальгамы натрия

$Na^{+} + e + nHg \rightarrow Na \cdot nHg$ ,

на аноде характер электродного процесса не изменится.

(Нельзя исключить, что ртутный анод в отличие от угольного или платинового будет принадлежать к электрохимически окисляющимся, т. е. растворимым анодам, так как даже Платиновые аноды разрушаются при электролизе растворов хлоридов. Тогда на ртутном аноде возможны процессы окисления ртути

$Hg - 2e = Hg^{2+}$ ,

$2Hg - 2e = Hg_2^{2+}$ .)

Если пренебречь возможным изменением характера процессов на аноде, то электролиз раствора хлорида натрия будет происходить по уравнению

$2NaCl + nHg (+ H_2O) = 2Na \cdot nHg + Cl_2$ ,

и изменение состава раствора будет соответствовать просто удалению эквивалентного (по пропущенному току) количества

$NaCl$ из раствора, вода при этом в реакции окисления - восстановления участия не принимает. При тех же условиях из раствора удалится 2

$y$ г

$NaCl$ , т. е. 1,2556 г, и в растворе останется