Главная
Каталог
Библиотека
Избранное
Порталы
Библиотеки вузов
Отзывы
Новости
 
12+
 
Предварительный просмотр документа

Сборник задач и упражнений по химии с решением: Практикум

Автор/создатель: Лебедева М.И., Анкудимова И.А.
Год: 2003 
Учебное пособие содержит большое число задач и вопросов по основным разделам курса общей и неорганической химии. Оно составлено по учебной программе курса "Химия". Эти задания необходимы преподавателю, студенту, ученику и абитуриенту для лучшего усвоения основных положений химии и закономерностей химических процессов. Предназначено для студентов 1 курса нехимических вузов, учащихся средних школ, колледжей и преподавателей.
Показать полное описание документа
Популярные ресурсы рубрик:
РЕЙТИНГ

Оценка пользователей: 3.8
Количество голосов: 49
Оцените ресурс:
5 4 3 2 1

ОТЗЫВЫ


Популярные ресурсы по теме

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра. Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
П р и м е р 132 Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта. Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001 моль/дм3, а потенциалы кобальта - в растворе с концентрацией 0,1 моль/дм3? Решение Стандартные электродные потенциалы для никеля и кобальта соответственно равны - 0,25 и -0,27 В. Определим электродные потенциалы этих металлов при данных в условии концентраци- ях по уравнению Нернста: ϕ = −0,25 + (0,059/2)lg10−3 = −0,339 B Ni 2+ /Ni ϕ = −0,277 + (0,059/2 )lg10−1 = −0,307 B. Co 2+ /Co Таким образом, при изменившейся концентрации потенциал кобальта стал больше потенциала ни- келя. П р и м е р 133 Магниевую пластинку опустили в раствор его соли. При этом электродный по- тенциал магния оказался равным -2,41 В. Вычислите концентрацию ионов магния (моль/дм3). Решение Подобные задачи также решаются на основании уравнения Нернста (см. пример 6.3.2): -2,41 = -2,37 + (0,059/2)•⋅lgс, -0,04 = 0,0295•lgс, lgс = -0,04/0,0295 = -1,3559 = 2,6441, с(Mg2+) = 4,4•10-2 моль/дм3. П р и м е р 134 После погружения железной пластинки массой 8 г в раствор нитрата свинца(II) объемом 50 см3 (ρ = 1,23 г/см3) с массовой долей 15% масса соли уменьшилась втрое. Какой стала масса пластинки? Решение Fe + Pb(NO3)2 = Pb + Fe(NO3)2 M(Pb(NO3)2) = 331 г/моль; M(Pb) = 207 г/моль; M(Fe) = 56 г/моль. Количество нитрата свинца(II) составит 0,15•50•1,23/331 = 0,0278 моль. По условию задачи масса железной пластинки уменьшилась втрое, т.е. концентрация Pb2+ составит 0,0278/3 = 0,0092 моль-ионов, а перешло на пластинку 0,0278 – 0,0092 = 0,0186 моль-ионов или 0,0186•207 = 3,85 г. Перешло в раствор Fe2+ - ионов соответственно 0,0186•56 = 1,04 г. Следовательно, масса пластинки будет равна 8,00 – 1,04 + 3,85 = 10,81 г. П р и м е р 135 Медный стержень массой 422,4 г выдержали в растворе нитрата серебра, после чего его масса составила 513,6 г. Рассчитайте объем израсходованного раствора азотной кислоты (ρ = 1,20 г/см3) с массовой долей 32 %, необходимый для растворения медного стержня после выдержи- вания его в растворе нитрата серебра. Решение 1) Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + ↓2Ag 2) 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4 H2O 3) 3Ag + 4HNO3 = 3AgNO3 +NO↑ + 2H2O M(Сu) = 64 г/моль; М(Ag) = 108 г/моль; M(HNO3) = 63 г/моль Масса выделенного по реакции (1) серебра составит 513,6 - 422,4 = = 91,2 г или 91,2/108 = 0,85 моль. Следовательно, в раствор перейдет согласно реакции (1) 0,85/2 = 0,425 моль Cu2+ или 0,425•64 = 27,2 г. В растворе останется меди 422,4 - 27,2 = 395,2 г или 395,2/64 = 6,18 моль. На растворение данного количества меди по реакции (2) потребуется 8•6,18/3 = 16,475 моль HNO3. По реакции (3) на растворе- ние 0,85 моль серебра потребуется 4•0,85/3 = 1,13 моль HNO3. Всего на растворение меди и серебра потребуется 16, 475 + 1,130 = = 17,605 моль или 17,605•63 = 1109,12 г HNO3. В расчете на раствор данной концентрации масса раствора кислоты составит 1109,12•100/32 = 3466,00 г. Объем кислоты равен 3466,00/1,20 = 2888,3 см3. Задачи Для решения задач данного раздела использовать значения величин ϕ0 из таблицы 11. 534 Какие внешние изменения будут наблюдаться, если в три пробирки с раствором медного ку- пороса внести соответственно небольшие кусочки металлического алюминия, свинца, серебра? 535 Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимо- действии ее с растворами: а) CuSO4; б) MgSO4; в) Pb(NO3)2; г) AgNO3; д) NiSO4; е) BaCl2? Почему? Со- ставьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций. 536 При какой концентрации ионов Zn2+ (моль/дм3) потенциал цинкового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала? 537 При какой концентрации ионов Cr3+ (моль/дм3) значение потенциала хромового электрода ста- новиться равным стандартному потенциалу цинкового электрода? 538 Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал -1,23 В. Вычислите концентра- цию (моль/дм3) ионов Mn2+. 539 Рассчитайте электродные потенциалы магния в растворе хлорида магния при концентрациях (моль/дм3): а) 0,1; б) 0,01; в) 0,001. 540 При какой концентрации ионов Cu2+ (моль/дм3) значение потенциала медного электрода ста- новится равным стандартному потенциалу водородного электрода? 541 Цинковая пластинка массой 10,0 г опущена в раствор сульфата меди(II). После окончания ре- акции пластинка имела массу 9,9 г. Объясните изменение массы пластинки и определите массу сульфа- та меди(II), вступившей в реакцию. 542 После того как железную пластинку выдержали в растворе сульфата меди(II), ее масса измени- лась на 1,54 г. Определите объем раствора азотной кислоты (ρ = 1,50 г/см3) с массовой долей 96 %, необходимый для снятия меди с пластинки. 543 Масса железного стержня после выдерживания в растворе нитрата меди(II) увеличилась на 1,6 г и составила 23,2 г. Рассчитайте массу железного стержня до погружения в раствор нитрата меди, а также массу меди после реакции. 544* Железная пластинка массой 10,0 г опущена в раствор хлорида неизвестного металла. После полного осаждения металла масса железной пластинки составила 10,1 г. Кадмиевая пластинка такой же массы (10,0 г), опущенная в такой же раствор, после осаждения на ней металла имела массу 9,4 г. Хло- рид какого металла содержался в растворе? Определите массовую долю (%) хлорида металла, если объ- ем исходного раствора составил 100 см3 (ρ = 1,10 г/см3). 545 Какая масса технического железа, содержащего 18% примесей, потребуется для вытеснения из раствора сульфата никеля(II) никеля массой 7,42 г. 546 В раствор нитрата серебра опущена медная пластинка массой 28,00 г. По окончании реакции масса пластинки оказалась равной 32,52 г. Определите массу нитрата серебра в растворе. 547 Из каких полуэлементов следует составить гальванический элемент с целью получения мак- симальной э.д.с.: а) Cu2+/Cu и Pb2+/Pb; б) Cr3+/Cr и Fe2+/Fe; в) Ni2+/Ni и Pb2+/Pb? 548 Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. медно - кадмиевого гальванического элемента, в котором [Cd2+] = 0,80 моль/дм3, а [Cu2+] = 0,01 моль/дм3. 549 Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, в котором серебряные электроды опущены в 0,01 н и 0,1 н растворы нитрата серебра. 550 При каком условии будет работать гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, в котором никелевые электроды опущены в 0,002 н и 0,02 н растворы сульфата никеля. 551 Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы со- лей с концентрацией [Pb2+] = [Mg2+] = 0,01 моль/дм3. Изменится ли э.д.с. этого элемента, если концен- трацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз? 552 Составьте схему, напишите электронные уравнения электронных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Cd2+] = = [Mg2+] = 1 моль/дм3. Изменится ли значение э.д.с., если концентрацию каж- дого из ионов понизить до 0,01 моль/дм3? 553 Составьте схему работы гальванического элемента, образованного железом и свинцом, погру- женными в 0,005 М растворы их солей. Рассчитайте э.д.с. этого элемента. 554 Вычислите э.д.с. гальванического элемента, образованного магнием и цинком, погруженными в растворы их солей концентраций 1,8•10-5 и 2,5•10-2 моль/дм3 соответственно и сравните с э.д.с. гальванического элемента, состоящего из магниевой и цинковых пластин, опущенных в растворы солей с концентрацией [Mg2+] = [Zn2+] = 1 моль/дм3. 555 Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке железо- никелевого аккумулятора? 556 Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке свинцового ак- кумулятора? 557 Гальванический элемент состоит из серебряного электрода, погруженного в 1 М раствор нит- рата серебра и стандартного водородного электрода. Напишите уравнения электродных процессов и суммарной реакции, происходящей при работе гальванического элемента. 558 Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов двух гальваниче- ских элементов, в одном из которых никель является катодом, а в другом - анодом. 559 Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравне- ния процессов, происходящих на электродах. 560* Чтобы посеребрить медную пластину массой 10 г, ее опустили в раствор нитрата серебра (ω = 20 %) массой 250 г. Когда пластину вынули, оказалось, что масса нитрата серебра в растворе уменьши- лась на 20 %. Какой стала масса посеребряной пластинки, и какова концентрация оставшегося раствора нитрата серебра. 561* В раствор, содержащий нитрат меди(II) массой 14,1 г и нитрат ртути(II) массой 14,6 г, погру- зили кадмиевую пластинку массой 50 г. Рассчитайте увеличение массы пластины (%) после полного выделения меди и ртути из раствора. 6.4 Электролиз Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоян- ного электрического тока через систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита. Электрод, на котором при электролизе происходит восстановление, называется катодом, а электрод, на котором осуществляется процесс окисления, - анодом. Если система, в которой проводят электролиз, содержит различные окислители, то на катоде будет восстанавливаться наиболее активный из них, т.е. окисленная форма той электрохимической системы, которой отвечает наибольшее значение электродного потенциала. Так, при электролизе кислого водного раствора соли никеля при стандартных концентрациях ионов [H+] = = [Ni2+] = 1 моль/дм3 возможно вос- становление как иона никеля: Ni2+ + 2 e = Ni; ϕ1 = -0,25 B так и иона водорода: 2H+ + 2 e = H2; ϕ2 = 0 В. Но поскольку ϕ1 < ϕ2, то в этих условиях на катоде будет выделяться водород. Иным будет катодный процесс при электролизе нейтрального водного раствора соли никеля при [H+] = 10-7 моль/дм3. Здесь потенциал водородного электрода ϕ3 = -0,41 В. В этом случае при концен- трации иона никеля (1 моль/дм3) ϕ1 > ϕ3 на катоде будет выделяться и никель. Как показывает рассмотренный пример, при электролизе водных растворов солей, реакция которых близка к нейтральной, на катоде восстанавливаются те металлы, электродные потенциалы которых зна- чительно положительнее, чем -0,41 В. Если потенциал металла значительно отрицательнее, чем -0,41 В, то на катоде будет выделяться водород по схеме: 2Н2О + 2 e = Н2 +2ОН-. При значениях электродного потенциала металла, близких к -0,41 В, возможно, в зависимости от концентрации соли металла и условий электролиза, как восстановление металла, так и выделение водо- рода (или совместное протекание обоих процессов). Аналогично при наличии в системе, подвергающейся электролизу, нескольких восстановителей, на аноде будет окисляться наиболее активный из них, т.е. восстановленная форма той электрохимической системы, которая характеризуется наименьшим значением электродного потенциала. Так, при электро- лизе водного раствора сульфата меди с инертными электродами на аноде может окисляться как суль- фат-ион: 0 2SO 2 − − 2e = S2O8 − 4 2 ϕ1 = 2,01 B так и вода: 2H 2 O - 4e = O 2 + 4H + ϕ 0 = 1,23 B. 2 Поскольку ϕ 0<< ϕ1 , то в данном случае будет осуществляться второй из возможных процессов, и на 2 0 аноде будет выделяться кислород. Однако при замене инертного электрода медным становится возможным протекание еще одного окислительного процесса - анодного растворения меди: Cu - 2 e = Cu2+ 0 ϕ 3 = 0,34 B. Этот процесс характеризуется более низким значением электродного потенциала, чем остальные возможные анодные процессы ( ϕ 3<< ϕ1 и ϕ 3<< ϕ 0 ). Поэтому при указанных условиях на аноде будет про- 0 0 0 2 исходить окисление меди. При электролизе водных растворов нитратов, перхлоратов и фосфатов, как и в случае сульфатов, на инертном аноде обычно происходит окисление воды с образованием свободного кислорода. П р и м е р 136 Напишите уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раствора сульфата натрия с инертным анодом. Решение Стандартный электродный потенциал системы Na+ + e = = Na (-2,71 B) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной водной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода 2H2O + 2 e = H2↑ + 2OH-, а ионы Na+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство). На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кисло- рода 2H2O - 4 e = О2↑ + 4H+, поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (2,01 В), характеризующий систему 2SO 2 − − 2e = S2 O8 − . Ионы 4 2 SO 2 − , движущиеся при электролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. 4 Умножая уравнение катодного процесса на два и складывая его с уравнением анодного процесса, получаем суммарное уравнение процесса электролиза: 6H 2 O = 2H 2 ↑ +4OH − + O 2 ↑ +4H + (у катода) (у анода) Приняв во внимание, что одновременно происходит накопление ионов Na+ в катодном пространстве и ионов SO 2 − в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей 4 форме 6 H 2 O + 2Na 2SO 4 = 2H 2 ↑ +4Na + + 4OH − + O 2 ↑ +4H + + 2SO 2 − 4 (у катода) (у анода) Таким образом, одновременно с выделением водорода и кислорода образуется гидроксид натрия (в катодном пространстве) и серная кислота (в анодном пространстве). Количественная характеристика процессов электролиза определяется законами, установленными Фарадеем. Им можно дать следующую общую формулировку: масса электролита, подвергшаяся превращению при электролизе, а также масса образующихся на электродах веществ прямопро- порциональна количеству электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита, и эквивалентным массам соответствующих веществ. Закон Фарадея выражается следующей формулой: m = МэIt/F, (6.4.1) где m - масса образовавшегося на электродах или подвергшегося превращению вещества, г; Мэ - его эк- вивалентная масса, г/ моль; I - сила тока, А (ампер); t - время, с; F - число Фарадея (96500 Кл/моль), т.е. количество электричества, необходимое для осуществления электрохимического превра- щения одного эквивалента вещества. П р и м е р 137 Напишите электронные уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора сульфата меди(II). Какая масса меди выделится на катоде и какой объем кислорода выделится на аноде в течение 1 часа и силе тока равной 4А? Решение Электролиз раствора сульфата меди(II): (-) К: Cu2+, H2O. (+) А: SO 2 − , H2O. 4 Катионы металлов (Cu2+ - Au3+), имеющие большое значение ϕ0 при электролизе полностью восста- навливаются. Следовательно, на катоде: Cu2+ + 2 e = Cu0; на аноде окисляются молекулы воды 2H2O - 4 e = O2↑+4H+, т.к. кислородсодержащие анионы окисляются труднее. Общее уравнение: электролиз 2CuSO 4 + 2H 2 O    → 2Cu + 2H 2SO 4 + O 2 ↑ .  Эквивалентная масса меди (II) равна 63,54/2 = 31,77 г/моль. Согласно формуле (6.4.1) и условию за- дачи получим: m(Cu) = 31,77•4•3600/96500 = 4,74 г. Для вычисления объема кислорода, который выделяется на аноде, отношение m/Mэ, заменяем от- ношением VO 2 /Vэ(O 2 ) , где VO2 - объем кислорода, дм3; Vэ(O2 ) - эквивалентный объем кислорода, 5,6 дм3. То- гда: VO 2 = Vэ(O 2 )It/96500 = 5,6 ⋅ 4 ⋅ 3600 / 96500 = 0,84 дм3. П р и м е р 138 При пропускании тока через последовательно включенные электролизеры с рас- творами AgNO3, CuSO4, ZnCl2 в первом электролизере на катоде выделилось 1,118 г металлического се- ребра. Определите массу меди и цинка, выделившихся во втором и третьем электролизерах. Решение Если через последовательно соединенные электролизеры пропустить одно и тоже коли- чество электричества, то на электродах выделяются эквивалентные количества веществ: ν(Cu) = ν(Zn) = ν(Ag) = m(Ag)/Mэ(Ag) = 1,118/108 = 0,0103 моль; m(Cu) = ν(Cu)•Mэ(Cu) = 0,0103•32 = 0,331 г; m(Zn) = ν(Zn)•Mэ(Zn) = 0,0103•32,5 = 0,339 г. П р и м е р 139 При электролизе раствора ZnSO4 на катоде выделилось 0,1200 г цинка за 768 с. Какую силу тока необходимо было поддерживать при электролизе, если выход по току составил 90 %? Решение Выход по току: η = (mпр/mтеор)100 % (6.4.2) mтеор = (mпр/η)100 = 0,1200/0,9 = 0,1333 г. Из уравнения (6.4.1.) находим силу тока: I = m(Zn)•96500/32,5•768 = 0,523 A. П р и м е р 140 При электролизе водного раствора хлорида натрия (ω = 20 %) массой 500 г выделился водород объемом 1,12 дм3 (н.у.). Найдите массы электролитов в растворе после электролиза. Решение Уравнение электролиза водного раствора хлорида натрия: электролиз 2NaCl + 2Н 2 О    → H 2 ↑ +2NaOH + Cl 2 ↑ .  Масса хлорида натрия равна m = 500⋅0,2 = 100 г. Согласно формуле (6.4.1) имеем: V(H2) = Q•Vэ(H2)/96500, отсюда Q = V(H2)•96500/Vэ(H2) = = 1,12•96500/11,2 = 9650 Кл. m(NaCl) = 9650•58,5/96500 = 5,85 г; m(NaOH) = 40•9650/96500 = 4,0 г. Оставшаяся масса хлорида натрия равна 100,0 - 5,85 = 94,15 г; m(H2O) = = 9•9650/96500 = 0,9 г. П р и м е р 141 При электролизе водного раствора нитрата никеля(II) (ω = 50 %) массой 91,50 г на катоде выделился никель массой 14,75 г. Определите содержание азотной кислоты в растворе (ω, %) после электролиза и объем газа, выделившегося на аноде. Решение Уравнение электролиза водного раствора нитрата никеля(II): электролиз Ni(NO 3 ) 2 + 2H 2 O    → Ni + 2HNO 3 + O 2 ↑ + H 2 ↑  M(Ni) = 59 г/моль; М(HNO3) = 63 г/моль. Количество никеля, выделенного на катоде равно 14,75/59 = 0,25 моль. Следовательно, по реакции образуется 0,5 моль HNO3 или 0,5•63 = 31,5 г. Количество кислорода составит 0,25 моль 0,25•22,4 = 5,6 дм3 или 8,0 г. Такой же объем водорода выделяется на катоде, т.е. 5,6 дм3 или 0,5 г. Масса раствора составит 91,50 - 14,75 - 8,50 = 68,25 г. Откуда ω(HNO3) = 31,50•100/68,25 = 46,5 %. П р и м е р 142* После электролиза 200 см3 водного раствора CuSO4 (ρ = 1,25 г/см3) масса раство- ра уменьшилась на 4,0 г. Оставшийся раствор прореагировал с H2S объемом 1,12 дм3 (н.у.). Определите массовую долю (%) растворенного вещества в исходном растворе. Решение 1) 2CuSO 4 + 2H 2 O электролиз → 2Cu + 2H 2SO 4 + O 2 ↑   2) CuSO4 + Н2S = ↓CuS + H2SO4. M(CuSO4) = 160 г/моль; M(Cu) = 64 г/моль. Количество H2S равно 1,12/22,4 = 0,05 моль. Следовательно, по реакции (2) количество CuSO4 рав- но 0,05 моль или 160•0,05 = 8 г. После электролиза останется 8 г CuSO4. Уменьшение массы раствора при электролизе происходит за счет осаждения на катоде меди и вы- деления кислорода на аноде. Масса раствора сульфата меди(II) равна 200•1,25 = 250 г. Согласно реак- ции (1) 2 моль CuSO4 → 2 моль Cu → 1моль О2 или 10 г CuSO4 → 4 г Cu → 1 г О2, т.е. при разложении 10 г сульфата меди(II) масса раствора уменьшится на 5 г. Для уменьшения массы раствора на 4 г следу- ет подвергнуть электролизу 10•4/5 = 8 г CuSO4. Общая масса сульфата меди(II) в растворе составит 8 + 8 = 16 г. Поэтому ω(СuSO4) = 16•100/250 = 6,4 %. П р и м е р 143* Хром, полученный при электролизе раствора нитрата хрома(III) обработали соля- ной кислотой, после чего раствор оставили на воздухе. Затем к этому раствору постепенно прилили раствор NaOH до полного растворения выпавшего вначале осадка. При этом израсходовано 114,3 см3 раствора NaOH с массовой долей 40 % (ρ = 1,40 г/см3). Напишите уравнения реакций и рассчитайте массу выделенного на катоде хрома. Определите объем (н.у.) выделившего газа на аноде. Решение 1) ( ) электролиз 4Cr NO3 + 6H 2O     → 4Cr + 3O 2 ↑ +12HNO3 3  2) Cr + 2HCl = CrCl 2 + H 2 ↑ 3) 4CrCl2 + O2 + 4HCl = 4CrCl3 + 2H2↑ 4) 3NaOH + CrCl3 = ↓Cr(OH)3 + 3NaCl 5) Cr(OH)3 + NaOH = Na[Cr(OH)4] 6) 4Cr + 12HСl + 3O2 = 4CrCl3 + 6H2O 7) CrCl3 + 4NaOH + = Na[Cr(OH)4] + 3NaCl M(NaOH) = 40 г/моль; M(Cr) = 52 г/моль. Количество NaOH в растворе составит 114,3•1,4•0,4/40 = 1,6 моль. Из уравнений реакций (6, 7) сле- дует, что 1 моль Cr → 1 моль CrCl3 → 4 моль NaOH, т.е. в реакцию с 1,6 моль NaOH вступает 1,6/4 моль хрома или 0,4•52 = = 20,8 г. Следовательно, на катоде выделится 20,8 г хрома. Количество кислорода определяем из уравнения реакции (1): оно равно 0,3 моль или 0,3•22,4 = = 6,72 дм3 кислорода. П р и м е р 144* Электролиз 400 г раствора нитрата серебра (ω = 8,5 %) продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 25 г. Вычислите массовые доли соединений в растворе, полу- ченном после окончания электролиза, и массы веществ, выделившихся на инертных электродах. Решение Уравнение электролиза водного раствора AgNO3: 1) 4AgNO3 + 2H2O = ↓4Ag + 4HNO3 + O2↑ M(AgNO3) = 170 г/моль; M(Ag) = 108 г/моль; M(HNO3) = 63 г/моль. ν(AgNO3) = 400•0,085/170 = 0,2 моль. При полном электролитическом разложении данного количества соли выделяется 0,2 моль Ag мас- сой 0,2•108 = 21,6 г и 0,05 моль О2 массой 0,05•32 = = 1,6 г. Общее уменьшение массы раствора за счет серебра и кислорода составит 21,6 + 1,6 = 23,2 г. При электролизе образовавшегося раствора азотной кислоты разлагается вода: 2) 2Н2О = 2Н2↑ + О2↑. Потеря массы раствора за счет электролиза воды составляет 25 - 23,2 = 1,8 г. Количество разложив- шейся воды равно 1,8/18 = 0,1 моль. На электродах выделилось 0,1 моль Н2 массой 0,1•2 = 0,2 г и 0,1/2 = 0,05 моль О2 массой 0,05•32 = = 1,6 г. Общая масса кислорода, выделившегося на аноде в двух процес- сах, равна 1,6 + 1,6 = 3,2 г. В оставшемся растворе содержится азотная кислота в количестве 0,2 моль или 0,2•63 = 12,6 г. Мас- са раствора после окончания электролиза равна 400 - 25 = 375 г. Массовая доля азотной кислоты: ω(HNO3) = 12,6/375 = = 0,0336 г или 3,36 %. Задачи 562 В какой последовательности будут восстанавливаться катионы при электролизе водного рас- твора, содержащего ионы Cr3+, Pb2+, Hg2+, Mn2+, если молярная концентрация соответствующих им со- лей одинакова, а напряжение на катодах достаточно для восстановления каждого из них? 563 Напишите уравнения реакций катодного и анодного процессов, протекающих на графитовых электродах при электролизе водных растворов: а) нитрата свинца(II); б) серной кислоты. 564 В каких случаях при электролизе водных растворов солей: а) на катоде выделяется водород; б) на аноде выделяется кислород; в) состав электролита не изменяется? 565 При электролизе водных растворов каких солей на катоде происходит: а) восстановление только катионов металлов; б) одновременное восстановление катионов металла и воды; в) восстановле- ние только воды? 566 Вычислите массу водорода и кислорода, образующихся при прохождении тока силой 3 А в те- чение 1 ч через раствор NaNO3. 567 Определите массу выделившегося железа при прохождении тока силой 1,5 А в течение 1 ч че- рез растворы сульфата железа(II) и хлорида железа(III) (электроды инертные). 568 При прохождении через раствор электролита тока силой 0,5 А за 1 ч выделяется 0,55 г метал- ла. Определите эквивалентную массу металла. 569 Напишите электронные уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе рас- творов: а) CuSO4 с медным анодом; б) NiSO4 с никелиевым анодом; в) AgNO3 с серебряным анодом. 570 В течение какого времени необходимо пропускать ток силой 1 А при электролизе водного рас- твора сульфата хрома(III), чтобы масса катода возросла на 10 г? Какой объем (н.у.) кислорода выделил- ся на аноде? 571 Электролиз водного раствора хлорида никеля(II), содержащего соль массой 129,7 г проводили при токе силой 5 А в течение 5,36 ч. Сколько хлорида никеля(II) осталось в растворе и какой объем хлора (н.у.) выделился на аноде? 572 При электролизе водного раствора нитрата серебра в течение 50 мин при токе силой 3А на ка- тоде выделилось серебро массой 9,6 г. Определите выход по току (η, %). 573 При электролизе водного раствора нитрата никеля(II) (ω = 50 %) массой 113,30 г на катоде вы- делился металл массой 14,75 г. Определите объем газа (н.у.), выделившегося на аноде и массу оставше- гося нитрата никеля(II) после электролиза. 574 После электролиза водного раствора хлорида натрия получили раствор, в котором содержится NaOH массой 20 г. Газ, выделившийся на аноде, полностью прореагировал с раствором иодида калия массой 332 г. Определите содержание иодида калия (ω, %) в растворе. 575 При электролизе водного раствора хлорида калия на катоде выделился водород объемом 13,44 дм3 (н.у.). Газ, выделившийся на аноде, полностью окислил раскаленную медную проволоку массой 38,4 г. Определите мольную массу меди. 576 Электролиз водного раствора сульфата калия проводили при токе силой 5 А в течение 3 ч. Со- ставьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде? 577 При электролизе водных растворов сульфата магния и хлорида меди(II), соединенных после- довательно с источником тока, на одном из катодов выделился водород массой 0,25 г. Вычислите массу веществ, выделившихся на других электродах. 578 Какая масса серной кислоты, образуется в анодном пространстве при электролизе водного раствора сульфата натрия, если на аноде выделился кислород объемом 1,12 дм3 (н.у.)? Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде. 579 Электролиз водного раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, при этом на аноде вы- делился кислород объемом 6 дм3 (н.у.). Вычислите силу тока (электроды инертные). 580 Электролиз водного раствора нитрата серебра проводили при токе силой 2А в течение 4 ч. Со- ставьте электронные уравнения процессов, происходящих на инертных электродах. Какая масса метал- ла выделилась на катоде и каков объем газа (н.у.), выделившегося на аноде? 581 Электролиз водного раствора сульфата некоторого металла проводили при токе силой 6 А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделился металл массой 5,49 г. Вычислите эквивалентную массу металла. 582 Как изменится масса серебряного анода, если электролиз водного раствора нитрата серебра проводили при токе силой 2 А в течение 33 мин 20 с? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раствора нитрата серебра. 583 Электролиз водного раствора иодида натрия проводили при токе силой 6 А в течение 2,5 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах, вычислите массу веществ, выделяющихся на электродах. 584 Составьте электронные уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раство- ра нитрата серебра с серебряным анодом. Масса анода уменьшается на 5,4 г. Определите расход элек- тричества при этом. 585 При электролизе водного раствора сульфата меди(II) при токе силой 2,5 А в течение 15 мин выделилась медь массой 0,72 г. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на элек- тродах с медным и угольным анодами. Вычислите выход по току (η, %). 586 При электролизе расплава неизвестного вещества массой 8 г на аноде выделился водород объ- емом 11,2 дм3 (н.у.). Что это за вещество? Можно ли провести электролиз его водного раствора? 587 При электролизе с инертными электродами 150 см3 раствора хлорида калия с массовой долей 5 % (ρ = 1,05 г/см3) током силой 8 А в течение 1 ч 40 мин у анода выделился газ объемом 4,48 дм3 (н.у.). Определите концентрацию щелочи в образовавшемся растворе (ω, %). 588 Через раствор сульфата цинка(II) в течение 45,03 мин пропускали постоянный ток. Определи- те силу тока, если известно, что на катоде и аноде выделились одинаковые объемы газов, а масса одного электрода увеличилась на 1,1 г. Электроды инертные. 589 Электролиз 200 см3 раствора сульфата меди(II) с массовой долей 6 % (ρ = 1,02 г/см3) продол- жали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 5 г. Какая масса сульфата меди(II) осталась в растворе после электролиза? 590 Через электролизер, заполненный водным раствором хлорида калия пропустили постоянный ток (электроды инертные), в результате чего масса раствора уменьшилась на 3,5 г. Для нейтрализации оставшегося раствора был израсходован раствор серной кислоты (ω = 8 %) массой 20,0 г. Какова масса газообразных продуктов, образовавшихся при электролизе? 591 После электролиза водного раствора хлорида калия масса его уменьшилась на 2,16 г. Остав- шаяся смесь прореагировала полностью с раствором соляной кислоты (ω = 10 %) массой 12,6 г. Со- ставьте уравнения электродных процессов и найдите массу каждого продукта, образовавшегося при электролизе. 592 При электролизе водного раствора хлорида натрия на катоде выделился водород объемом 13,44 дм3 (н.у.). Газ, выделившийся на аноде пропущен через горячий раствор едкого калия, при этом образовались хлорид и хлорат калия. Рассчитайте массу образовавшихся солей. 593 Смешали раствор хлорида меди(II) с массовой долей 20 % массой 135 г с раствором нитрата серебра с массовой долей 10 % массой 680 г. При этом образовался осадок массой 57,4 г. Оставшийся раствор слили и подвергли электролизу. Определите количественный состав веществ, выделившихся на электродах. 594 Через два последовательно соединенных электролизера пропустили ток (электроды инертные). Первый электролизер заполнен раствором нитрата серебра и масса катода данного электролизера уве- личилась на 4,32 г. Как изменится масса раствора во втором электролизере, если он был заполнен раствором NaOH ? 595* Через последовательно соединенные электролизеры пропустили ток до полного протекания в них соответствующих реакций. Определите количества веществ, образующихся в электролизерах, если первый электролизер заполнен раствором сульфата меди(II) с массовой долей 18% (ρ = 1,20 г/см3) объ- емом 74,1 см3, а второй - раствором хлорида натрия с массовой долей 26 % (ρ = = 1,20 г/см3) объемом 75,0 см3. 596* После термического разложения смеси KCl и KClO3 массой 197 г в присутствии MnO2 полу- чили твердый остаток массой 149 г, расплав которого подвергли электролизу. Определите массу крем- ния, способного прореагировать с газом, выделившимся на аноде. 7 ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ CОЕДИНЕНИЯ 7.1 s - элементы периодической системы Д. И. Менделеева Жесткость воды выражается суммой миллиэквивалентов ионов Ca2+ и Mg2+, содержащихся в 1 дм3 воды (мэкв/дм3). Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/дм3 Ca2+ или 12,16 мг/дм3 Mg2+. П р и м е р 145 Вычислите жесткость воды, если в 1м3 ее содержится Ca(HCO3)2 массой 222 г и Mg(HCO3)2 массой 175 г. Решение Мэ солей Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2 равны М/2, т.е. для Ca(HCO3)2 Мэ = 162/2 = 81 г/моль, а для Mg(HCO3)2 Мэ = 146/2 = 73г/моль. Содержание солей в 1 дм3 воды: 222/1000 = 0,222 г Ca(HCO3)2; 175/1000 = 0,175 г Mg(HCO3)2. Жесткость, обусловленная наличием данных солей: Ж(Ca(HCO3)2) = 0,222•1000/81 = 2,7 мэкв/дм3; Ж(Mg(HCO3)2) = 0,175•1000/73 = 2,4 мэкв/дм3; Ж = 2,7 + 2,4 = 5,1 мэкв/дм3. П р и м е р 146 Сколько MgSO4 по массе содержится в 1 м3 воды, если жесткость этой воды со- ставляет 5 мэкв/дм3. Какую массу Na2CO3 следует добавить к воде, чтобы устранить данную жесткость. Решение Мэ(MgSO4) = 120/2 = 60 г/моль. Масса соли в 1 м3 воды составит 5•1000•60 = 300000 мг = 300 г. MgSO4 + Na2CO3 = ↓MgCO3 + Na2SO4. Сульфат магния и карбонат натрия (сода) реагируют в эквивалентных количествах. Мэ(Na2CO3) = 53 г/моль. Определим число эквивалентов сульфата магния в 1 м3 раствора: 5•1000 = 5000 мэкв = 5 экв. Следовательно, для устранения жесткости воды требуется 5 экв Na2CO3, или 5•Mэ(Na2CO3) = 5•53 = 265 г. П р и м е р 147 Вычислите жесткость воды, зная, что в 500 дм3 ее содержится 202,5 г Ca(HCO3)2. Решение В 1 дм3 воды содержится 202,5 : 500 = 0,405 г Ca(HCO3)2, что составляет 0,405 : 81 = 0,005 эквивалентных масс или 5 мэкв/дм3 (81 г/моль - эквивалентная масса Ca(HCO3)2). Следовательно, жесткость воды составит 5 мэкв/дм3. П р и м е р 148 Сколько граммов CaSO4 содержится в 1 м3 воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 мэкв ? Решение Мольная масса CaSO4 136,14 г/моль; эквивалентная масса равна 136,14:2 = 68,07 г/моль. В 1 м3 воды с жесткостью 4 мэкв содержится 4•1000 = 4000 мэкв, или 4000•68,07 = 272280 мг = 272,28 г CaSO4. П р и м е р 149 Какую массу соды надо добавить к 500 дм3 воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 5 мэкв/дм3? Решение В 500 дм3 воды содержится 500•5 = 2500 мэкв солей, обусловливающих жесткость воды. Для устранения жесткости следует прибавить 2500•53 = 132500 мг = 132,5 г соды (53 г/моль - эквива- лентная масса Na2CO3). П р и м е р 150 Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 см3 этой во- ды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовался 0,08 н раствор HCl объемом 6,25 см3. Решение Вычисляем нормальность раствора гидрокарбоната кальция (н1) по формуле:
Яндекс цитирования