Химия

8 класс
Вопрос
Хлорат калия можно получить при электролизе хлорида калия. Вычислите: а) сколько килограммов хлората калия и сколько литров водорода (при нормальных условиях) получится, если в процессе электролиза затрачено 714,8 А \cdot ч тока, из которых 90 % пошло на электрохимическое превращение солей; б) сколько литров кислорода (при нормальных условиях) можно получить при разложении определенного выше количества хлората калия и соответствует ли по объему количество кислорода объему водорода, полученного процессе электролиза; в) какое количество хлорида калия нужно взять для электролиза; г) какое количество электроэнергии израсходуется на получение хлората калия, если разность потенциалов между электродами при электролизе составляет 3 В.
Ответ


Процесс образования хлората калия можно выразить уравнением

$KCl + 3H_2O = KClO_3 + 3H_2$. (1)

Это суммарное уравнение объединяет ряд отдельных реакций, протекающих на электродах и в растворе. В ходе электролиза на катоде происходит разрядка молекул воды, а на аноде - ионов хлора, в растворе же остаются ионы $K^{+}$ и образуются ионы $OH^{-}$

катод: $2H_2O + 2e = H_2 + 2OH^{-}$,
анод: $2Cl^{-} - 2e = Cl_2$,
$2KCl + 2H_2O = H_2 + 2KOH + Cl_2$.

Образующийся хлор реагирует с раствором щелочи

$Cl_2 + 2KOH = KCl + KOCl + H_2O$,
$3KOCl = KClO_3 + 2KCl$

или

$3Cl_2 + 6KOH = KClO_3 + 5KCl + 3H_2O$.

Появляющиеся в ходе этих реакций ионы $Cl^{-}$ вновь окисляются на аноде, и в итоге процесс протекает по уравнению (1).

(Можно представить себе, что при достаточно высокой концентрации ионов $Cl^{-}$ и большой плотности тока сразу происходит окисление ионов $Cl^{-}$ на аноде:

$Cl^{-} + 6OH^{-} - 6e = ClO_3^{-} + 3H_2O$.)

Из уравнения (1) следует, что на каждый моль $KClO_3$ в процессе электролиза выделяется 6 г-экв водорода. Если образовалось х молей $KClO_3$, то выделится $6x$ г-экв водорода, а на электролиз затрачивается $6 F \cdot x$ Кл электричества. Через электролизер прошло 714,8 А-ч, или $714,8 \cdot 3600 = 2,573 \cdot 10^6$ Кл, электричества, из которых на образование $KClO_3$ затрачено $2,573 \cdot 10^6 \cdot 0,9 = 2,316 \cdot 10^6$ Кл. При этом должно получиться

$n = \frac {2,316 \cdot 10^6}{6 \cdot 9,65 \cdot 10^4} = 4$ моля,

или

$4 \cdot 122,5 = 490 \: г = 0,49 \: кг \: KClO_3$ ($M = 122,5$).

При электролизе в результате реакции (1) было также получено $3 \cdot 4 = 12$ молей, или $12 \cdot 22,4 = 268,8 \: л$, $H_2$.

При разложении образовавшейся бертолетовой соли

$2KClO_3 \overset {t^{\circ}}{\underset {MnO_2}{\rightarrow}} 2KCl + 3O_2$

из 4 молей $KClO_3$ выделяется $4 \cdot 1,5 = 6$ молей, или $6 \cdot 22,4 = 134,4$ л, $O_2$. Это количество кислорода соответствует количеству полученного водорода

$2H_2 + O_2 = 2H_2O$ ($V_{H_2} : V_{O_2} = 2 : 1$).

Электролизу подверглось 4 моля $KCl$.
Затраченная электроэнергия определяется уравнением

$U = V \cdot q = 3 \cdot 714,8 = 2144,4 Вт \cdot ч = 2,144 \: кВт \cdot ч$.
8 класс Химия Средняя

Ещё по теме

В популярной литературе часто ошибочно утверждается, что пищевая добавка $E***$ способна вызывать рак. В действительности $E***$ содержится во многих натуральных фруктах и ягодах и не обладает выраженной токсичностью. Получение $E***$ из ладана впервые описано Нострадамусом в середине 16-го века. Определите строение вещества $E***$, если известно, что оно не обесцвечивает бромную воду и не реагирует с аммиачным раствором оксида серебра, а при полном сгорании его навески массой в 1,000 г образуется только углекислый газ (1,285 л при н.у.) и вода (0,4426 г). Какое действительно токсичное вещество можно получить при нагревании $E***$ выше $500^{ \circ} С$?
8 класс Химия Средняя
Монохлорпроизводное, полученное в результате хлорирования некоторого предельного углеводорода, подвергли гидролизу раствором гидроокиси калия. Продукт этой реакции выделили и осторожно окислили с помощью бихромата калия в присутствии серной кислоты. Пробу полученного при окислении соединения массой 2,904 г обработали избытком гидроокиси меди в сильнощелочной среде при нагревании до температуры около $80^{\circ} С$. В результате реакции выпал осадок закиси меди, масса которого равна 7,154 г. а. Вычислите молекулярную массу монохлор прозводного предельного углеводорода, установите его формулу и дайте название. б. Напишите химические уравнения проведенных превращений и назовите образующиеся вещества.
8 класс Химия Средняя
При взаимодействии 31 г фосфора с хлором выделилось 400 кДж теплоты, и образовалась смесь хлоридов фосфора (III) и (V). Определите объем прореагировавшего хлора (н.у.), если теплоты образования хлорида фосфора (III) и хлорида фосфора (V) равны 318 и 455 кДж/моль соответственно.
8 класс Химия Средняя
На 1,8 г смеси хлорида натрия и иодида натрия подействовали хлором. Масса образца после реакции уменьшилась до 1,288 г. Вычислите процентный состав данного образца. Объясните на основе представлений об окислительно-восстановительных реакциях, в чем заключается суть проведенной реакции. Назовите все известные вам способы получения хлора и иода и напишите уравнения соответствующих химических реакций.
8 класс Химия Средняя
При производстве мыла из жира (с выходом 85%) получено 7898,2 кг глицерина. Какое количество жира было использовано для производства, если одна из спиртовых групп глицерина была зтерифицирована пальмитиновой кислотой, а остальные - масляной кислотой?
8 класс Химия Средняя
На нейтрализацию смеси двух предельных одноосновных карбоновых кислот массой 12 г было затрачено 11,2 г $KOH$. При взаимодействии исходной смеси с избытком аммиачного раствора оксида серебра образовалось 21,6 г металлического осадка. Определите формулы кислот.
8 класс Химия Средняя
Смесь, приготовленную из 700 мл 60 %-ной серной кислоты и 500 мл серной кислоты, имеющей плотность 1,143 г/мл, добавили к некоторому количеству дистиллированной воды. Из полученного раствора отобрали пробу объемом 200 мл и обработали избытком цинка. Выделившийся в результате этой реакции водород занял при нормальных условиях объем 2000 мл. Вычислите объем и молярную концентрацию полученного раствора серной кислоты.
8 класс Химия Средняя
Некоторые квасцы (кристаллогидраты состава $ A^{1 + }Б^{3 + }(SO_{4})_{2} \cdot 12H_{2}O$ содержат 51,76 % кислорода и 4,53 % водорода. Определите формулу квасцов.
8 класс Химия Средняя
Может ли химическое соединение содержать 25% водорода (по массе)? Если оно существует, то какими способами его можно получить?
8 класс Химия Средняя
При внесении некоторого твердого вещества $A$ в жидкость $Б$ выделился газ $X$, поддерживающий горение деревянной лучины. Обсудите, что могут представлять собой вещества $A, Б, X$, и напишитe возможные уравнения реакций.
8 класс Химия Средняя