Номер 7, страница 324 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 68. Химические источники тока. Электролиз. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 7, страница 324.

Условие.

7. Водный раствор едкого натра подвергали электролизу током 10 А в течение 268 ч. После окончания электролиза осталось 100 г 24%-го раствора гидроксида натрия. Найдите массовую долю щёлочи в исходном растворе.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$I = 10 \text{ А}$
$t = 268 \text{ ч}$
$m_{р-ра(конечн)} = 100 \text{ г}$
$w(NaOH)_{конечн} = 24\% = 0.24$

$t = 268 \text{ ч} \cdot 3600 \text{ с/ч} = 964800 \text{ с}$

Найти:

$w(NaOH)_{исх} - ?$

Решение:

При электролизе водного раствора гидроксида натрия (едкого натра) на электродах протекают следующие процессы:
Катод (-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$
Анод (+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2\uparrow + 4H^+$
Суммарное уравнение электролиза сводится к разложению воды:

$2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$

Как видно из уравнения, в ходе электролиза расходуется только вода, а масса гидроксида натрия в растворе остается неизменной.

1. Найдем массу гидроксида натрия в конечном растворе. Эта же масса была и в исходном растворе.

$m(NaOH) = m_{р-ра(конечн)} \cdot w(NaOH)_{конечн} = 100 \text{ г} \cdot 0.24 = 24 \text{ г}$

2. Используя закон Фарадея, рассчитаем массу воды, которая разложилась в процессе электролиза. Сначала вычислим количество электричества (заряд), прошедшее через раствор.

$q = I \cdot t = 10 \text{ А} \cdot 964800 \text{ с} = 9648000 \text{ Кл}$

3. Теперь найдем количество вещества электронов, прошедших через электролит. Постоянная Фарадея $F \approx 96500$ Кл/моль.

$n(e^-) = \frac{q}{F} = \frac{9648000 \text{ Кл}}{96500 \text{ Кл/моль}} \approx 100 \text{ моль}$

4. Из суммарного уравнения реакции видно, что для разложения 2 моль воды требуется 4 моль электронов. Следовательно, количество вещества разложившейся воды в два раза меньше количества вещества электронов.

$n(H_2O) = \frac{n(e^-)}{2} = \frac{100 \text{ моль}}{2} = 50 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу разложившейся воды. Молярная масса воды $M(H_2O) = 18$ г/моль.

$m(H_2O)_{разл.} = n(H_2O) \cdot M(H_2O) = 50 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 900 \text{ г}$

6. Масса исходного раствора равна сумме массы конечного раствора и массы разложившейся воды (которая улетучилась в виде газов).

$m_{р-ра(исх)} = m_{р-ра(конечн)} + m(H_2O)_{разл.} = 100 \text{ г} + 900 \text{ г} = 1000 \text{ г}$

7. Наконец, найдем массовую долю щелочи в исходном растворе.

$w(NaOH)_{исх} = \frac{m(NaOH)}{m_{р-ра(исх)}} = \frac{24 \text{ г}}{1000 \text{ г}} = 0.024$

Для выражения в процентах, умножим на 100%: $0.024 \cdot 100\% = 2.4\%$.

Ответ: массовая доля щёлочи в исходном растворе составляет 2.4%.