Химия
8 класс
Вопрос
При производстве гидроокиси натрия ртутным методом был использован источник тока напряжением 4,95 В. В этих условиях на ртутном катоде наряду с амальгамой натрия образовался газообразный водород, который был смешан с продуктами, выделившимися на аноде. Амальгаму натрия, полученную при затрате 3855 кВт-ч электроэнергии, разложили водой, получив при этом 2,25 т натриевого щелока и $315,2 м^3$ водорода (объем измерен при нормальных условиях). В процессе электролиза образовались следующие газы: 96 % хлора, 3 % водорода и 1 % двуокиси углерода.
Вычислите:
а) концентрацию полученного раствора натриевой щелочи (в процентах);
б) выход продуктов восстановления на катоде по току;
в) количество водорода (в молях), выделившегося на катоде;
г) количество хлора (кг), полученного после отделения примесей.
Ответ
Разложение амальгамы натрия водой протекает по уравнению
$2Na \cdot nHg + 2H_2O = 2NaOH + H_2 + 2nHg$.
Согласно условию задачи, в результате этого процесса было получено
$n = \frac{V}{22,4} = \frac {31 \cdot 5 \cdot 2 \: м^3}{22,4 \: м^3/кмоль} = 14,071$ кмоля $H_2$
и, следовательно, 28,142 кмоля, или $28,142 \cdot 40 = 1125,7$ кг, $NaOH$ ($M = 40$), процентное содержание которого в щелоке составило
$c_{ \%} = \frac{ 1125,7 \cdot 100}{2250} \approx 50$ %.
Заряд, прошедший через электролизер,
$q_{1} = \frac{3855 \cdot 1000 \cdot 3600 В \cdot А \cdot с}{4,95 B} = 2,804 \cdot 10^9$ Кл.
Заряд, израсходованный на образование амальгамы натрия,
$q_2 = 2 \cdot F \cdot n = \frac{2 \cdot 96500 \cdot 315 \cdot 1000}{22,4} = 2,719 \cdot 10^9$ Кл.
Выход щелочи по току равен
$W = \frac{q_2 \cdot 100}{q_1} = \frac {2,719 \cdot 10^9 \cdot 100}{2.804 \cdot 10^9} = 96,85$ %.
На катоде в процессе электролиза выделилось
$n_1 = \frac{q_1 - q_2}{2F} = \frac {(NULL,804 - 2,719) \cdot 10^9}{2 \cdot 96500} = 440,4$ моля $H_2$.
На аноде выделилось
$n_2 = 440,4 \cdot \frac{96}{3} = 14100 \: молей = 14,1$ кмоля,
или
$14,1 \cdot 71 = 1001 \:кг$, $Cl_2$
(на 3 % $H_2$ в смеси приходится 97 % $Cl_s2$).