Номер 7, страница 228 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 31. Электролиз - номер 7, страница 228.

Условие.

7. При электролизе водного раствора нитрата серебра масса катода увеличилась на 2,7 г. Вычислите массу вещества, которое можно получить из газа, выделившегося на аноде, и металлического лития.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Увеличение массы катода, $\Delta m_{катода} = 2,7 \text{ г}$

Найти:

Массу вещества, полученного из газа на аноде и лития, $m(\text{продукта}) - ?$

Решение:

При электролизе водного раствора нитрата серебра ($AgNO_3$) происходят следующие процессы на электродах:

На катоде (отрицательный электрод) восстанавливаются катионы серебра, так как серебро в ряду активности металлов стоит после водорода:

Катод (-): $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag(s)$

На аноде (положительный электрод) происходит окисление молекул воды, так как нитрат-ион ($NO_3^−$) является кислородсодержащим анионом в высшей степени окисления и не окисляется в водном растворе:

Анод (+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2(g) + 4H^+$

Увеличение массы катода происходит за счет осаждения на нем металлического серебра. Таким образом, масса выделившегося серебра составляет $m(Ag) = 2,7 \text{ г}$.

1. Найдем количество вещества (моль) выделившегося серебра. Молярная масса серебра $M(Ag) \approx 108 \text{ г/моль}$.

$n(Ag) = \frac{m(Ag)}{M(Ag)} = \frac{2,7 \text{ г}}{108 \text{ г/моль}} = 0,025 \text{ моль}$

2. Газ, выделившийся на аноде, — это кислород ($O_2$). Чтобы найти его количество, сопоставим количество электронов, прошедших через электроды. Из уравнения на катоде следует, что количество вещества электронов равно количеству вещества серебра:

$n(e^-) = n(Ag) = 0,025 \text{ моль}$

Из уравнения на аноде видно, что для выделения 1 моль кислорода требуется 4 моль электронов. Следовательно, количество вещества кислорода равно:

$n(O_2) = \frac{n(e^-)}{4} = \frac{0,025 \text{ моль}}{4} = 0,00625 \text{ моль}$

3. Кислород, выделившийся на аноде, реагирует с металлическим литием ($\text{Li}$). При этой реакции образуется оксид лития ($Li_2O$):

$4Li + O_2 \rightarrow 2Li_2O$

4. По уравнению реакции найдем количество вещества образовавшегося оксида лития. Соотношение количеств веществ кислорода и оксида лития составляет $1:2$.

$n(Li_2O) = 2 \times n(O_2) = 2 \times 0,00625 \text{ моль} = 0,0125 \text{ моль}$

5. Вычислим массу полученного оксида лития. Молярная масса оксида лития $M(Li_2O)$ равна:

$M(Li_2O) = 2 \times M(Li) + M(O) = 2 \times 7 \text{ г/моль} + 16 \text{ г/моль} = 30 \text{ г/моль}$

Масса оксида лития равна:

$m(Li_2O) = n(Li_2O) \times M(Li_2O) = 0,0125 \text{ моль} \times 30 \text{ г/моль} = 0,375 \text{ г}$

Ответ: масса вещества (оксида лития), которое можно получить, составляет 0,375 г.