Химия

8 класс
Вопрос
В электролизер, катод которого изготовлен из стали, а анод из графита, поместили $2,5 м^3$ 10 %-ного раствора хлористого натрия. Электролиз производили при низкой техмпературе, обеспечивая взаимодействие образующихся продуктов реакции с раствором. Сила тока в электролизере была равна 1000 А, а напряжение подобрали таким образом, чтобы на аноде мог выделяться только хлор. Через некоторое время электролиз прекратили и из электролизера отобрали пробу раствора объемом в 50 мл. Пробу обработали раствором иодида калия и разбавленной серной кислотой. На титрование полученного в результате этого раствора израсходовано 40 мл 0,5 н. раствора $Na_2S_2O_3$. а. Приведите уравнения химических реакций, описанных в задаче. б. Предполагая, что во время электролиза объем раствора не изменился, вычислите массу новой соли, образовавшейся в растворе, и продолжительность процесса электролиза.
Ответ


При электролизе водного раствора хлорида натрия на катоде происходит выделение водорода

$2H_2O + 2e = H_2 + 2OH^{-}$

на аноде выделяется свободный хлор

$2Cl^{-} - 2e = Cl_2$.

Поскольку водород выделяется за счет разрушения молекул воды, в растворе накапливаются ионы $OH^{-}$

$2NaCl + 2H_2O = H_2 + 2NaOH + Cl_2$.

При перемешивании раствора хлор будет взаимодействовать с раствором щелочи

$Cl_2 + 2OH^{-} = Cl^{-} + OCl^{-} + H_2O$.

Образовавшийся раствор гипохлорита окисляет раствор иодида калия

$2I^{-} + OCl^{-} + H_2O = Cl^{-} + I_2 + 2OH^{-}$.

(Раствор иодида подкислен серной кислотой, поскольку окисление иодида гипохлоритом происходит как в щелочной, так и в кислой среде, но в щелочной или нейтральной среде, когда в ходе реакции, как показывает уравнение образуется щелочь, раствор иодида неустойчив и быстро обесцвечивается

$3I_2 + 6OH^{-} = 5I^{-} + IO_3^{-} + 3H_2O$.

Подкисление предотвращает этот процесс, который может помешать количественному определению выделившегося иода.)

Образовавшийся при реакции иод оттитрован раствором тиосульфата натрия

$I_2 + 2Na_2S_2O_3 = 2NaI + Na_2S_4O_6$.

По затраченному на титрование объему раствора тиосульфата известной нормальной концентрации можно установить концентрацию раствора гипохлорита:

1 моль $NaOCl$ соответствует 1 молю $I_2$ и 2 молям $Na_2S_2O_3$. В 40 мл 0,5 н. раствора $Na_2S_2O_3$ ($Э = M$) содержится $0,04 \times 0,5 = 0,02$ г-экв, или 0,02 моля, $Na_2S_2O_3$, что соответствует содержанию в отобранной для анализа пробе 0,01 моля $NaOCl$. Если в 50 мл пробы содержится 0,01 моля, то в $2,5 м^3$ раствора содержалось

$n = \frac {2,5 \cdot 10^6 \: мл \cdot 0,01 \: моля}{50 \: мл} = 500$ молей,

или

$74 \cdot 500 = 3700 \: г = 3,7$ кг, $NaOCl$ ($M = 74$).

Для получения 1 моля $NaOCl$ необходимо $2 \cdot 96500 = 193000 Кл = 2 F$ [1 $F$ (фарадей) - количество электричества, необходимое для выделения 1 г-экв вещества, равное 96500 Кл]. Для образования 500 молей потребуется $1000 F$, или $9,65 \cdot 10^7$ Кл. По формуле $q = I \cdot t$ при силе тока 1000 А продолжительность электролиза составит $9,65 \cdot 10^7 : 1000 = 9,65 \cdot 10^4 с = 26,8$ ч.
8 класс Химия Средняя

Ещё по теме

В мерной колбе, выданной для проведения анализа, находится образец (известной массы) смеси двух солей, обладающих общим ионом, растворенной в небольшом количестве воды. Разбавьте полученный раствор дистиллированной водой до метки. а. Используя простейшие реакции, установите, смесь каких солей вам выдана для анализа. Напишите необходимые для обоснования своего ответа уравнения реакций. б. Пипеткой отберите пробы по $25 см^3$ приготовленного раствора и оттитруйте его 0,1 н. соляной кислотой в присутствии фенолфталеина. (Опыт следует повторить не менее двух раз.) в. Проведите аналогичные титрования в присутствии метилоранжа. г. Установите процентное содержание обеих солей в образце. Объясните, почему при титровании в присутствии различных индикаторов получаются разные результаты. Поясните свой ответ уравнениями соответствующих реакций. (Следует напомнить, что переход окраски фенолфталеина происходит при $pH \approx 9$, а метилоранж меняет свою окраску в области $pH \approx 4$.)
8 класс Химия Средняя