Химия

8 класс

Пробу в

$100 см^3$ раствора сульфата меди, содержащего 1 моль соли в 1 л раствора, подвергли электролизу на платиновых электродах массой 2,0 г каждый. Электролиз проводили током 100 мА в течение 15 мин. По окончании электролиза электроды извлекли из раствора, промыли над электролизером дистиллированной водой, высушили и взвесили. Электролит после этого разбавили водой до объема

$200 см^3$ . а. Напишите уравнения реакций, происходящих на катоде и аноде. б. Определите массу катода и анода в конце электролиза, считая, что процессы протекали строго количественно. в. Пробу исходного раствора объемом

$10,0 см^3$ и такую же по объему пробу раствора после электролиза и разбавления водой обработали 0,1 н. гидроксида натрия. Вычислите объем водного раствора

$NaOH$ , который потребуется для реакции с каждым из растворов на осаждение ионов меди. г. Рассчитайте объем газа, выделившегося на аноде в процессе электролиза при температуре 298 К и давлении 800 мм рт. ст.

$2CuSO_4 + 2H_2O = 2Cu + 2H_2SO_4 + O_2$ ,

на катоде:

$2Cu_2 + 4e = 2Cu^{0}$ ,
на аноде:

$2H_2O - 4e = 4H^{+} + O_2$ .

Масса выделившейся при электролизе меди может быть вычислена по закону Фарадея:

$m = k \cdot I \cdot t = \frac{M}{zF} \cdot I \cdot t$ .

При

$M = 63,54, z = 2, F = 96 500, I = 0,100 А$ и

$t = 900$ с

$m_{Cu} = 0,0296$ г. Масса катода после электролиза

$2,000 + + 0,0296 = 2,0296$ г, масса анода в процессе электролиза не изменяется и равна 2,000 г.

По формуле

$V_1 \cdot н_1 = V_2 \cdot н_2$ , где

$V_1 = 10,0$ мл,

$н_1 = 2$ г-экв/л (концентрация исходного раствора 1 М или 2 н.) и

$н_2 = 0,1$ г-экв/л, следует, что для осаждения ионов меди из 10 мл исходного раствора требуется взять 200 мл 0,1 н. раствора

$NaOH$ .

В процессе электролиза ионы меди, разряжающиеся на катоде, заменяются эквивалентным им количеством ионов водорода, образующихся на аноде, поэтому щелочь будет расходоваться в том же количестве, но на две реакции

$H_3O^{+} + OH^{-} = 2H_2O$ ,

$Cu^{2+} + 2OH^{-} = Cu(OH)_2$ .

Учитывая, что после электролиза раствор разбавлен в 2 раза, следует, что на реакцию с 10 мл полученного после электролиза раствора потребуется 100 мл 0,1 н. раствора

$NaOH$ .

Количество образовавшегося кислорода в молях также можно вычислить по закону Фарадея:

$n = \frac{I \cdot t}{2F} = \frac{0,1 \cdot 900}{4,96500} = 2,33 \cdot 10^{-4}$ моля.

Объем кислорода при указанных условиях можно вычислить по формуле (

$p = 800 : 760 = 1,053$ атм,

$T = 298 К$ )

$V = \frac{nRT}{p} = \frac {22,4 \cdot 10^{-4} \cdot 0,82 \cdot 298}{1,053} = 5,407 \cdot 10^{-3} \: л = 5,41$ мл,

или же, вычислив мольный объем при 800 мм рт. ст.