Номер 10, страница 54 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

10. При электролизе раствора хлорида натрия на катоде выделилось 4,0 г водорода. Какой газ выделился на аноде? Каков его объём при нормальных условиях? Сколько граммов щёлочи при этом образовалось?

Дано:

$m(H_2) = 4,0 \text{ г}$

Найти:

Газ на аноде - ?

$V(\text{газ на аноде})$ - ?

$m(\text{щёлочи})$ - ?

Решение:

При электролизе водного раствора хлорида натрия протекают следующие процессы. Суммарное уравнение реакции:

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{\text{электролиз}} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$

На катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления. В водном растворе за разряд на катоде конкурируют катионы натрия $Na^+$ и молекулы воды $H_2O$. Так как натрий является активным металлом (стоит в ряду активности металлов левее водорода), на катоде восстанавливаются молекулы воды с выделением водорода:

Катод(-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$

На аноде (положительно заряженном электроде) происходит процесс окисления. За разряд на аноде конкурируют анионы $Cl^-$ и молекулы воды $H_2O$. В данном случае окисляются хлорид-ионы с выделением хлора:

Анод(+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2\uparrow$

Ионы $Na^+$ и образовавшиеся гидроксид-ионы $OH^-$ образуют в растворе щёлочь — гидроксид натрия ($NaOH$).

Какой газ выделился на аноде?

Исходя из уравнения реакции на аноде, на нем выделяется газообразный хлор ($Cl_2$).

Ответ: На аноде выделился хлор ($Cl_2$).

Каков его объём при нормальных условиях?

1. Сначала найдем количество вещества (число моль) выделившегося на катоде водорода. Молярная масса водорода $M(H_2) = 2 \cdot 1,008 \approx 2$ г/моль.

$n(H_2) = \frac{m(H_2)}{M(H_2)} = \frac{4,0 \text{ г}}{2 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$

2. Согласно суммарному уравнению реакции, на 1 моль выделившегося водорода ($H_2$) приходится 1 моль выделившегося хлора ($Cl_2$). Следовательно, их количества вещества равны:

$n(Cl_2) = n(H_2) = 2 \text{ моль}$

3. Теперь рассчитаем объём хлора при нормальных условиях (н.у.). Молярный объём любого газа при н.у. ($V_m$) составляет 22,4 л/моль.

$V(Cl_2) = n(Cl_2) \cdot V_m = 2 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 44,8 \text{ л}$

Ответ: Объем выделившегося хлора составляет 44,8 л.

Сколько граммов щёлочи при этом образовалось?

1. Образовавшаяся щёлочь — это гидроксид натрия ($NaOH$). Из суммарного уравнения реакции видно, что на 1 моль выделившегося водорода ($H_2$) образуется 2 моль гидроксида натрия ($NaOH$).

$n(NaOH) = 2 \cdot n(H_2) = 2 \cdot 2 \text{ моль} = 4 \text{ моль}$

2. Рассчитаем массу образовавшейся щёлочи. Для этого найдем молярную массу $NaOH$:

$M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

3. Найдём массу $NaOH$:

$m(NaOH) = n(NaOH) \cdot M(NaOH) = 4 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 160 \text{ г}$

Ответ: Образовалось 160 г щёлочи.