Question

При электролизе расплава гидроксида натрия масса продукта, выделившегося на катоде, составила 9,2 г. Определите:
a) объем (н.у.) газа, выделившегося на аноде,
б) массу израсходованного гидроксида натрия.​

Answer 1

Дано: масса продукта, выделившегося на катоде - 9,2 г.

Рассмотрим реакции, происходящие на электродах:

На катоде: 2H+ + 2e- → H2↑

На аноде: 4OH- → 2H2O + O2↑ + 4e-

Так как количество электронов, передаваемых на катоде и аноде, одинаково, можно установить пропорциональность между массами продуктов на катоде и аноде:

m(H2) / m(O2) = M(O2) / 2M(H2) = 32 / 2 = 16

где M(O2) и M(H2) - молярные массы кислорода и водорода соответственно.

а) Чтобы найти объем газа, выделившегося на аноде, нужно вычислить количество вещества кислорода, выделившегося на аноде, по формуле:

n(O2) = m(O2) / M(O2) = 9,2 г / 32 г/моль = 0,2875 моль

Затем найдем количество вещества газа по уравнению пропорциональности:

n(H2) = n(O2) / 2 = 0,2875 моль / 2 = 0,14375 моль

Объем газа при нормальных условиях (температура 0 °C и давление 1 атм) можно вычислить по уравнению состояния идеального газа:

V(H2) = n(H2) * RT / P = 0,14375 моль * 8,31 Дж/(моль*К) * 273 К / 101325 Па = 3,76 л (приблизительно)

Ответ: объем газа, выделившегося на аноде, составил 3,76 л (при н.у.).

б) Массу израсходованного гидроксида натрия можно определить из соотношения между количеством электричества, прошедшим через раствор, и количеством вещества гидроксида натрия, участвующего в реакции:

Q = n * F

где Q - количество электричества (измеряемое в кулонах), n - количество вещества (измеряемое в молях), F - постоянная Фарадея (96485 Кл/моль).

Известно, что на катоде выделилось 0,1 моль водорода:

n(H2) = m(H2) / M(H2) = 9,2 г / 2 г/моль = n(H2) = 4,6 моль

Так как количество электронов, передаваемых на катоде и аноде, одинаково, количество электричества, прошедшего через раствор, равно количеству электричества, необходимому для образования 0,1 моль водорода:

Q = n(H2) * F = 0,1 моль * 96485 Кл/моль = 9648,5 Кл

Зная количество электричества, можно вычислить количество вещества гидроксида натрия, участвующего в реакции на аноде:

n(OH-) = Q / (4 * F) = 9648,5 Кл / (4 * 96485 Кл/моль) = 0,25 моль

Масса гидроксида натрия, израсходованного при электролизе, равна:

m(NaOH) = n(OH-) * M(NaOH) = 0,25 моль * 40 г/моль = 10 г

Ответ: масса израсходованного гидроксида натрия составила 10 г.