Химия

8 класс
Вопрос
При электролизе водного раствора хлористого натрия в случае, когда электроды электролизера не разделены диафрагмой, в результате вторичной реакции образуется гипохлорит натрия. На аноде вследствие частичной разрядки $OH$-ионов помимо хлора выделяется также небольшое количество кислорода. Напишите уравнения реакций, происходящих на обоих электродах. Вычислите: а) какая часть электрического заряда (в процентах), проходящего через раствор электролита, расходуется на выделение хлора, если на долю выделившегося в процессе электролиза водорода приходится 97,3 %, а на долю кислорода - 2,7 % общего объема газов, образовавшихся при электролизе; б) сколько миллиграмм-эквивалентов хлора образуется и с каким количеством грамм-ионов $OH^{-}$ этот хлор прореагирует; в) сколько образуется грамм-ионов $ClO^{-}$ и какова сила тока в электролизере, если за 4 мин 39,3 с электролиза на катоде выделилось 97,3 мл водорода (условия нормальные).
Ответ


В катодное пространство перемещаются гидратированные ионы натрия ($Na^{+} \cdot nH_2O$ или формально ионы $H^{+}$ из $H_2O$). На катоде происходит реакция

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

В анодное пространство перемещаются ионы $Cl^{-}$ (гидратированные) и $OH^{-}$. На аноде происходят реакции

$2Cl^{-} - 2e = Cl_2$,
$4OH^{-} - 4e = O_2 + 2H_2O$.

В результате вторичной реакции происходит образование гипохлорита

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

Из приведенных уравнений следует, что количество тока, прошедшего через раствор, эквивалентно количеству рЫделившегося водорода. На выделение 97,3 мл водорода потребовалось

$q_1 = \frac{97,3 \cdot 2 \cdot 96500}{22412} = 837,9$ Кл.

Если в газах, получившихся на аноде, содержится 2,7 мл кислорода, то на его выделение должно быть затрачено

$q_2 = \frac{2,7 \cdot 4 \cdot 96500}{22400} = 46,5$ Кл.

На выделение хлора было затрачено

$q_1 - q_2 = 837,9 46,5 = 791, 4$ Кл,

что составляет $791,4 : 837,9 = 0,945$, или 94,5 %.

На выделение 100 мг-экв (1 г-экв) требуется 96500 Кл,
на выделение $n$ мг-экв - 791,4 Кл,
$n = 8,2 \: мг-экв = 4,1$ моля хлора.

При образовании гипохлорита 1 моль хлора реагирует о 2 молями $OH^{-}$-ионов, образуя 1 моль $ClO^{-}$-ионов. Поэтому при взаимодействии с $4,1 \cdot 2 = 8,2$ мг-экв, или $0,0082 \cdot 17 = 0,1394$ г ионов, $OH^{-}$ из 4,1 ммоля $Cl_2$ будет получено 4,1 ммоля, или $0,0041 \cdot 51,5 = 0,21$ г ионов, $ClO^{-}$.

Сила тока $I$, прошедшего через раствор,

$I = \frac{q_1}{t} = \frac{837,9}{279,3} = 3 A$.
8 класс Химия Средняя

Ещё по теме

Любознательный Ученик прочитал в учебнике по химии: «Если в состав соли входит катион щелочного металла, то при электролизе раствора этой соли на катоде должно происходить восстановление воды с выделением водорода … Если в состав соли входит кислотный остаток кислородсодержащей кислоты, то при электролизе раствора на аноде происходит окисление воды и выделяется кислород» - и решил проверить, так ли это. Для своих опытов он взял некоторый объем 10%-го раствора сульфита натрия (плотность 1,1 г/мл) и в течение некоторого времени подвергал его электролизу. С удивлением Любознательный Ученик обнаружил, что при этом газ выделяется только на одном из электродов, при этом при завершении опыта его масса оказалась равна массе кислорода объемом 70 мл (н.у.). При добавлении избытка раствора хлорида бария к получившемуся раствору выпало 22,5 г осадка. Объясните причину несоответствия наблюдаемых явлений с написанным в учебнике. Определите объем изначального раствора, взятого Любознательным Учеником и напишите уравнение реакции электролиза.
8 класс Химия Средняя