Номер 10, страница 21 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 3. Хлор. Глава 1. Неметаллы - номер 10, страница 21.

Условие.

10. При электролизе раствора хлорида натрия на аноде выделилось 44,8 л хлора (н. у.). Рассчитайте объём газа, полученного на катоде, и массу вещества в растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(Cl_2) = 44,8$ л (н. у.)

Найти:

$V(\text{газ на катоде}) - ?$

$m(\text{вещество в растворе}) - ?$

Решение

Сначала запишем суммарное уравнение электролиза водного раствора хлорида натрия ($NaCl$) с инертными электродами:
$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$
Из уравнения реакции видно, что на аноде выделяется газ хлор ($Cl_2$), на катоде — газ водород ($H_2$), а в растворе образуется и накапливается гидроксид натрия ($NaOH$).

Рассчитаем количество вещества (число моль) хлора, выделившегося на аноде. Поскольку газ находится при нормальных условиях (н. у.), мы можем использовать молярный объем газа, который составляет $V_m = 22,4$ л/моль.
$n(Cl_2) = \frac{V(Cl_2)}{V_m} = \frac{44,8 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 2 \text{ моль}$

Расчет объёма газа, полученного на катоде

Газ, который выделяется на катоде, — это водород ($H_2$). Согласно уравнению реакции, мольное соотношение выделившихся газов водорода и хлора составляет 1:1.
$\frac{n(H_2)}{1} = \frac{n(Cl_2)}{1}$
Следовательно, количество вещества водорода равно количеству вещества хлора:
$n(H_2) = n(Cl_2) = 2 \text{ моль}$
Теперь рассчитаем объём водорода, который выделился на катоде (при н. у.):
$V(H_2) = n(H_2) \times V_m = 2 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 44,8 \text{ л}$

Ответ: объём газа, полученного на катоде, составляет 44,8 л.

Расчет массы вещества в растворе

Вещество, которое образуется и остается в растворе, — это гидроксид натрия ($NaOH$). По уравнению реакции, мольное соотношение образовавшегося гидроксида натрия и выделившегося хлора составляет 2:1.
$\frac{n(NaOH)}{2} = \frac{n(Cl_2)}{1}$
Отсюда количество вещества гидроксида натрия в два раза больше количества вещества хлора:
$n(NaOH) = 2 \times n(Cl_2) = 2 \times 2 \text{ моль} = 4 \text{ моль}$
Рассчитаем молярную массу гидроксида натрия:
$M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$
Теперь найдём массу образовавшегося в растворе гидроксида натрия:
$m(NaOH) = n(NaOH) \times M(NaOH) = 4 \text{ моль} \times 40 \text{ г/моль} = 160 \text{ г}$

Ответ: масса вещества в растворе составляет 160 г.