Расчеты массы веществ и составление уравнений электродных процессов при электролизе растворов электролитов

Расчеты массы веществ и составление уравнений электродных процессов при электролизе растворов электролитов

Видео:ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ ХИМИЯ 8 класс // Подготовка к ЕГЭ по Химии - INTENSIVСкачать

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ ХИМИЯ 8 класс // Подготовка к ЕГЭ по Химии - INTENSIV

Расчет массы гидроксида калия, образовавшегося при электролизе раствора фосфата калия

Задача 199.
Сколько граммов KOH образуется у катода при электролизе раствора K3PO4 если на аноде выделилось 11,2 л кислорода?
Решение:
Уравнение диссоциации соли:

 K3PO4 = 3K+ + PO43-:

Стандартный электродный потенциал системы К+ + 1ē  = К0 (-2,92 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы К+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

2О + 2ē  = Н2↑ + 2ОН

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов ОН, приводящее к выделению кислорода:

4ОН — 4ē  = О2↑ + 2Н2О,

поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,54 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему: 2Н2О — 4ē  = О2↑ + 4Н+.

Уравнения электродных процессов:

К(-):  2|(–)2H2O + 2ē  → H2↑ + 2OH  (в растворе: K⁺, 2OH⁻); 
А(+): 1|(+)2H₂O – 4ē  → 4H+ + O2↑ (В растворе: 4H+, PO43-).

Сложив уравнения электродных процессов на катоде и аноде, получим полное ионно-молекулярное уравнение электролиза соли К3РО4:

2О + 2Н2О = 2H2↑ + 4OH+ 4H++ O2

После приведения равенства получим молекулярное уравнение электролиза:

2О = 2H2↑ + O2

С учетом того, что диссоциация соли фосфата калия в растворе протекает полностью, запишем молекулярное уравнение реакции её электролиза, получим:

К3РО4 + 5Н2О = 2H2↑ + O2↑ + 3КОН  +  Н3РО4 

Из уравнения электролиза К3РО4 вытекает, что на 1 моль О2 образуется 3 моль КОН, т.е. n(O2) = 3n(KOH).

Находим количество выделившегося кислорода, получим:

n(O2) = V(O2)/Vm = 11,2/22,4 = 0,5 моль;

Тогда 

n(KOH) = 3n(O2) = 0,5 • 3 = 1,5 моль.

Отсюда 

m(KOH) = n(KOH)•M(KOH) = 1,5 • 56 = 84 г.

Ответ: m(KOH) = 84 г.
 


Видео:Электролиз. 10 класс.Скачать

Электролиз. 10 класс.

Расчет количество вещества меди, перешедшего в раствор с анода при электролизе сульфата меди (II)

Задача 200.
При электролизе водного раствора сульфата меди (II) с медным анодом масса катода увеличилась на 3,2 г. Какое количество вещества меди перешло в раствор с анода?
Ответ: 0,05 моль.
Решение:
Уравнение диссоциации сульфата меди:

CuSO4 ⇔ Cu2+ + SO42-

Стандартный электродный потенциал системы: Cu2+ + 2ē   ⇔ Cu0 (+0,34 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов меди: Cu2+ + 2ē  ⇔ Cu0.
На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди – материала анода, поскольку, отвечающий системе:
Cu0 — 2ē  ⇔ Cu2+  (+0,34 В) значительно ниже 2SO42- + 2ē  ⇔ S2O82-  (+2,01 В). Ионы  SO42-, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Таким образом, на аноде будет происходить растворение меди — материал анода, а на катоде – отложение чистой меди. 
Уравнения электродных процессов:

А(+): Cu0 — 2ē  ⇔ Cu2+
К(-):  Cu2+ + 2ē  ⇔ Cu0

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

 2Cu0  +  Cu2+ = Cu2+    +  Cu0
                         анод        катод

Таким образом, при электролизе CuSO4 на катоде будет наблюдаться выделение чистой меди, на аноде — растворение медного электрода (медь анода будет переходить в раствор в виде ионов Cu2+). Значит, nкатод(Cu) = nанод(Cu)

Тогда

nкатод(Cu) = nанод(Cu) = m(Cu)/M(Cu) = 3,2/64 =  0,05 моль.

Ответ: 0б5 моль.


 Расчет массы металла и объема газа, выделившихся при электролизе раствора соли

Задача 201.
Через растворы NiSO4 и Pb(NO3)2 пропускали одно и то же количество электричества. На одном из катодов выделилось 25,9 г свинца. Сколько граммов никеля выделилось на другом катоде? Какой газ и в каком объеме, измеренном при нормальных условиях, выделился на каждом из электродов?
Решение:
М(Ni) = 58,6934 г/моль;
M(Pb) = 207,2 г/моль;
m(Pb) = 25,9 г;
m(Ni) = ?
V(H2) = ?
V(O2) = ?
Для никеля и свинца, как металлов со средней химической активностью, расположенных в ряду активности после алюминия, на катоде происходят одновременно две 
реакции – образование водорода и выделение металла. 
Так как NiSO4 и Pb(NO3)2 являются кислородсодержащими кислотами, то на аноде будет происходить окисление воды с выделением кислорода.
Схемы электродных процессов электролиза водных растворов солей NiSO4 и Pb(NO3)2 выглядят следующим образом:

a) NiSO4  = Ni2+ + SO42-

К(+): Ni2+ + 2ē  = Ni0
          2Н2О + 2ē = Н2↑  + 2ОН
А(-): 2Н2О — 4ē = О2↑ + 4Н+

Суммарное ионно-молекулярное уравнение:

Ni2+ + 4Н2О = Ni0 + Н2↑  + 2ОН + О2↑ + 4Н+.

После приведения членов, получим:

Ni2+ + 2Н2О = Ni0 + Н2↑ + О2↑ + 2Н+.

Суммарное молекулярное уравнение:

N12SO4 + 2H2O = Ni + Н2↑ + О2↑ + H2SO4

б)  Pb(NO3)2 = Рb2+ + 2NO3

К(+): Pb2+ + 2ē  = Pb0
         2Н2О + 2ē = Н2↑  + 2ОН
А(-):  2Н2О — 4ē = О2↑ + 4Н+

Суммарное ионно-молекулярное уравнение:

Pb2+ + 4Н2О = Pb0 + Н2↑  + 2ОН + О2↑ + 4Н+.

После приведения членов, получим:

Pb2+ + 2Н2О = Pb0 + Н2↑ + О2↑ + 2Н+.

Суммарное молекулярное уравнение:

Pb2SO4 + 2H2O = Pb + Н2↑ + О2↑ + 2HNO3

Из суммарных уравнений процессов электролизов солей вытекает, что при электролизе водных растворов NiSO4 и Pb(NO3)2 при пропускании через их растворы одного и того же количества электричества, на катодах будет выделяется метал и водород, на анодах — кислород, в равных количествах.

Тогда

n(Pb) = n(Ni) = n(H2) = n(O2)
n(Pb) = m(Pb)/M(Pb) = 25,9/207,2 = 0,125 моль.

Отсюда

m(Ni) = n(Ni) • M(Ni) = 0,125 • 58,6934 = 7,3 г.
V(H2) =  n(H2) • Vm = 0,125 • 22,4 = 2,8 л.
V(O2) = V(H2) = 2,8 л.

Ответ: m(Ni) = 7,3 г; V(H2) = 2,8 л; V(O2) = 2,8 л.
 


Электролиз раствора гидроксида натрия

Задача 202.
При электролизе водного раствора NaOH, через Pt-электроды пропустили ток, силой 3 А. Напишите уравнения электродных реакций. Рассчитайте объемы газов, выделившихся на электродах за 3 часа (н. у.).
Решение:
Электродные процессы:

на катоде: 2|2Н2О + 2ē = Н2↑ + 2ОН;
на аноде:  1|2Н2О — 4ē = О2↑ + 4Н+.

Суммарное уравнение процесса получим, умножив уравнение на катоде на два и, сложив его с анодным уравнением: 

6Н2О = 2Н2↑ + 4ОН + О2↑ + 4Н+.
               у катода           у анода

При вычислении объёмов выделившихся газов представим уравнение Фарадея в следующем виде: 

V = VЭ• I•t/F

Здесь V – объём выделившегося газа, л; 
m(B) – масса выделившегося вещества, г; 
VЭ – эквивалентный объём газа, л/моль; 
МЭ(В) – масса эквивалента вещества, г/моль; 
I – сила тока,  А;  
t – время, с; 
F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

Тогда

V(H2) = 11,2•3•10800/96500 = 3,76 л;
V(О2) = 5,6•3•10800/96500 = 1,88 л.

Ответ: V(H2) = 3,76 л; V(О2) = 1,88 л.
 


Электролиз раствора сульфата цинка 

Задача 203.
Какие реакции протекают на электродах при электролизе раствора сульфата цинка: а) с графитовым анодом; б) с цинковым анодом.
Решение:
а) электролиз раствора сульфата цинка с графитовым анодом

1-й вариант электролиза раствора сульфата цинка с графитовым анодом

Для цинка, как металла со средней химической активностью, расположенного в ряду активности после алюминия, на катоде происходят одновременно две 
реакции – образование водорода и выделение металла. 
Так как ZnSO4 является кислородсодержащей кислотой, то на аноде будет происходить окисление воды с выделением кислорода.
Схемы электродных процессов электролиза раствора ZnSO4 выглядят следующим образом:

ZnSO4  = Zn2+ + SO42- (диссоциация соли)
К(-): 1|Zn2+ + 2ē  = Zn0     
         1|2Н2О + 2ē = Н2↑  + 2ОН
А(+): 1|2Н2О — 4ē = О2↑ + 4Н+

Суммарное ионно-молекулярное уравнение:

Zn2+ + 4Н2О = Zn0 + Н2↑  + 2ОН + О2↑ + 4Н+.

После приведения членов, получим:

Zn2+ + 2Н2О = Zn0 + Н2↑ + О2↑ + 2Н+.

Суммарное молекулярное уравнение:

ZnSO4 + 2H2O = Zn + Н2↑   +  О2↑ + H2SO4
                            у катода         у анода

Таким образом, при электролизе раствора сульфата цинка с угольным электродом на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода и металлического цинка, а на аноде будет наблюдаться выделение газообразного кислорода.

Выводы:
1) В случае электролиза водного раствора ZnSO4 одновременно протекают два процесса:

ZnSO4  = Zn2+ + SO42-
ZnSO4 + 2H2O = Zn + Н2↑ + О2↑ + H2SO4


2-й вариант электролиза раствора сульфата цинка с графитовым анодом

Рассмотрим альтернативное протекание электролиза водного раствора ZnSO4.
Замечено, что в растворе есть гидроксид-ионы (ОН), но в предыдущей записи электродных процессов для них нет противоионов. Следовательно, нужно добавить в раствор (Zn2+). Так как удвоилось количество ионов цинка, необходимо удвоить и количество сульфат-ионов: 

К(-):  Zn2+ + 2ē  = Zn0     
         2Н2О + 2ē = Н2↑  + 2ОН
         Zn2+ (в растворе)
А(+): 2Н2О — 4ē = О2↑ + 4Н+   
         2SO42- (в растворе)

Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов получим суммарное ионно-молекулярное уравнение:

Zn2+ + 2H2O + Zn2+ + + 2H2O + 2SO42- = Zn0 + Zn2++ Н2↑  + + 2ОН + О2↑ + 2SO42- + 4Н+.

Соединяем катионы и анионы  и записываем итоговое уравнение электролиза, получим:

2ZnSO4 + 4H2O = Zn + Zn(OH)2 + Н2↑  + О2↑ + 2H2SO4                             
                             у катода                        у анода                             

Выводы:
1) В случае электролиза водного раствора ZnSO4 одновременно протекают два процесса:

ZnSO4  = Zn2+ + SO42-
2ZnSO4 + 4H2O = Zn + Zn(OH)2 + Н2↑  + О2↑ + 2H2SO4                           
                                       у катода                 у анода                

Таким образом, при электролизе раствора сульфата цинка с угольным электродом на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода, металлического цинка и гидроксида цинка, а на аноде будет наблюдаться выделение газообразного кислорода.

б) электролиз раствора сульфата цинка с цинковым анодом

На катоде так же как и при электролизе раствора ZnSO4 с угольным электродом происходят одновременно две реакции – образование водорода и выделение металла, а ионы цинка Zn2+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство). 
На аноде будет происходить электрохимическое окисление цинка – материала анода, поскольку, отвечающий системе: Zn0 + 2ē  ⇔ Zn2+  (-0,76 В) значительно ниже системы: 
S2O82-+2ē =2SO42- (+2,01 В).
Сульфат-ионы, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. 
Таким образом, на аноде будет происходить растворение цинка — материал анода, а на катоде – выделение газообразного водорода и малорастворимого соединения Zn(OH)2  [Zn2+ + 2OH = Zn(OH)2]. 
Уравнения электродных процессов:

К(-): 1|Zn2+ + 2ē  = Zn0
        1|2Н2О + 2ē = Н2↑  + 2ОН
A(+): 2|Zn0 — 2ē = Zn2+

Суммарное ионно-молекулярное уравнение:

Zn2+ + 2H2O + 2Zn0 = Zn0 + Н2↑ + 2OH—   +    Zn2+                                   
                                      у катода                  у анода

После приведения равенства, получим:

2H2O + Zn0 = Н2↑ + 2OH + Zn2+ (ионно-молекулярная форма);
2H2O + Zn0 = Н2↑ + Zn(ОН2 (молекулярная форма).

Таким образом, при электролизе ZnSO4 с цинковым анодом на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в осадок выпадает гидроксид цинка, на аноде будет происходить растворение материала анода (цинк).


💥 Видео

Все об электролизе и задании 20 за 20 минут | Химия ЕГЭ 2023 | УмскулСкачать

Все об электролизе и задании 20 за 20 минут | Химия ЕГЭ 2023 | Умскул

Электролиз расплавов и растворов. 10 класс.Скачать

Электролиз расплавов и растворов. 10 класс.

Расчеты по уравнениям химических реакций. 1 часть. 8 класс.Скачать

Расчеты по уравнениям химических реакций. 1 часть. 8 класс.

Электролиз растворов. 1 часть. 10 класс.Скачать

Электролиз растворов. 1 часть. 10 класс.

Гальванические элементы. 1 часть. 10 класс.Скачать

Гальванические элементы. 1 часть. 10 класс.

Электролиз. Часть 1. Процесс электролиза, основные закономерности.Скачать

Электролиз. Часть 1. Процесс электролиза, основные закономерности.

ЭлектролизСкачать

Электролиз

Электролиз растворов электролитов | ХимияСкачать

Электролиз растворов электролитов | Химия

Электролитическая диссоциация кислот, оснований и солей. 9 класс.Скачать

Электролитическая диссоциация кислот, оснований и солей. 9 класс.

Электролиз расплавов и растворов солей.Теория для задания 22 ЕГЭ по химииСкачать

Электролиз расплавов и растворов солей.Теория для задания 22 ЕГЭ по химии

Электролиз. Часть 2. Уравнения электролиза расплавов и растворов.Скачать

Электролиз. Часть 2. Уравнения электролиза расплавов и растворов.

Как ЛЕГКО понять Химию с нуля — Массовая доля вещества // ХимияСкачать

Как ЛЕГКО понять Химию с нуля — Массовая доля вещества // Химия

ЭлектролизСкачать

Электролиз

Электролиз расплавов и растворов. 1 часть. 10 класс.Скачать

Электролиз расплавов и растворов. 1 часть. 10 класс.

уравнения электролизаСкачать

уравнения электролиза

Электролиз. Решение задач. 1 часть. 10 класс.Скачать

Электролиз. Решение задач. 1 часть. 10 класс.

Расстановка Коэффициентов в Химических Реакциях // Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Расстановка Коэффициентов в Химических Реакциях // Подготовка к ЕГЭ по Химии

Как писать уравнения электролиза? | Химия ЕГЭ 2022 | УмскулСкачать

Как писать уравнения электролиза? | Химия ЕГЭ 2022 | Умскул
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии