Химия

Запишем уравнение электролиза раствора нитрата серебра:

$4AgNO_{3} + 2H_{2}O = 4Ag + O_{2} + 4HNO_{3}$.

При электролизе массовая доля $AgNO_{3}$ уменьшается, а массовая доля $HNO_{3}$ увеличивается. Найдем массовую долю $HNO_{3}$ при полном разложении $AgNO_{3}$. Возьмем 1000 г раствора, в котором содержится $1000 \cdot 0,1 = 100 г AgNO_{3}$. $n(AgNO_{3}) = \frac{100}{170} = 0,588 моль$. По уравнению реакции находим, что $n(HNO_{3}) = 0,588 моль, n(Ag) = 0,588 моль, n(O_{2}) = \frac{0,588}{4} = 0,147 моль$.

После разложения $AgNO_{3}$ масса раствора равна $1000 - m(Ag) - m(O_{2}) = 1000 - 0,588 \cdot 108 - 0,147 \cdot 32 = 931,8 г$. Масса вещества в растворе составляет $m(HNO_{3})= 0,588 \cdot 63 = 37,04 г$, а массовая доля равна $\omega(HNO_{3}) = \frac{37,04}{931,8} 100 \text{ %} = 3,98 \text{ %}$. Но, по условию, массовая доля должна быть равна 13%, следовательно, электролиз проходил в две стадии: сначала полностью разложился нитрат серебра, а затем при электролизе раствора $HNO_{3}$ частично разложилась вода:

$2H_{2}O = 2H_{2} + O_{2}$.

Выяснив механизм процесса, мы можем теперь построить искомые графики. Будем считать, что сила тока постоянна, и в одну секунду через раствор проходит $x$ моль электронов. Тогда из уравнений электродных процессов

$Ag^{+} + e = Ag$,
$4OH^{-} - 4e = 2H_{2}O + O_{2}$,
$2H^{+} + 2e = H_{2}$.

следует, что на первой стадии электролиза каждую секунду на электродах выделяется $x$ моль $Ag$ (массой $108x$ г) и $x/4$ моль $O_{2}$ (массой $8x$ г), а на второй стадии за одну секунду выделяется $x/2$ моль $H_{2}$ (массой $x$ г) и $x/4$ моль $O_{2}$ (массой $8x$ г). Следовательно, графики зависимости количеств выделившихся веществ от времени представляют собой прямые линии, причем тангенсы углов наклонов для $Ag, O_{2}$ и $H_{2}$ относятся друг к другу как 4:1:2 (рис.).



Уменьшение массы раствора за одну секунду на первой стадии электролиза составляет $108x + 8x = 116x г$ (за счет $Ag$ и $O_{2}$), а на второй стадии $x + 8x = 9x г$. Отношение тангенсов углов наклона двух отрезков прямой равно 116:9 (рис.).