Номер 5, страница 118 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 25. Электролиз. Глава V. Электрохимические реакции - номер 5, страница 118.

Условие.

5. При электролизе водного раствора хлорида калия образовалось 112 кг гидроксида калия. Какие газы при этом выделились и чему равны их объёмы (н. у.)?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{KOH}) = 112 \text{ кг}$

Найти:

Выделившиеся газы - ?

$V(\text{газ}_1)$ (н. у.) - ?

$V(\text{газ}_2)$ (н. у.) - ?

Решение:

Сначала запишем уравнение реакции электролиза водного раствора хлорида калия. В водном растворе соли активного металла (калия) и сильной бескислородной кислоты (соляной) на катоде будет восстанавливаться вода, а на аноде — кислотный остаток (хлорид-ион).

Процессы на электродах:

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

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

Ионы калия $K^+$, оставшиеся в растворе, соединяются с образовавшимися у катода гидроксид-ионами $OH^-$, образуя гидроксид калия $KOH$.

Суммарное уравнение электролиза:

$2KCl + 2H_2O \xrightarrow{\text{электролиз}} 2KOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

Из уравнения реакции следует, что в ходе электролиза выделяются два газа: водород ($H_2$) и хлор ($Cl_2$).

Теперь рассчитаем объёмы выделившихся газов. Для этого найдем количество вещества (в киломолях) образовавшегося гидроксида калия.

Молярная масса гидроксида калия ($KOH$):

$M(\text{KOH}) = M(K) + M(O) + M(H) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль} = 56 \text{ кг/кмоль}$

Количество вещества $KOH$:

$n(\text{KOH}) = \frac{m(\text{KOH})}{M(\text{KOH})} = \frac{112 \text{ кг}}{56 \text{ кг/кмоль}} = 2 \text{ кмоль}$

Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, количества веществ $KOH$, $H_2$ и $Cl_2$ соотносятся как $2:1:1$.

$n(H_2) = \frac{1}{2} n(\text{KOH}) = \frac{1}{2} \times 2 \text{ кмоль} = 1 \text{ кмоль}$

$n(Cl_2) = \frac{1}{2} n(\text{KOH}) = \frac{1}{2} \times 2 \text{ кмоль} = 1 \text{ кмоль}$

Зная количество вещества газов, найдем их объёмы при нормальных условиях (н. у.). Молярный объём газа при н. у. составляет $V_m = 22,4 \text{ м}^3\text{/кмоль}$.

Объём водорода:

$V(H_2) = n(H_2) \times V_m = 1 \text{ кмоль} \times 22,4 \frac{\text{м}^3}{\text{кмоль}} = 22,4 \text{ м}^3$

Объём хлора:

$V(Cl_2) = n(Cl_2) \times V_m = 1 \text{ кмоль} \times 22,4 \frac{\text{м}^3}{\text{кмоль}} = 22,4 \text{ м}^3$

Ответ: При электролизе выделились газы водород ($H_2$) и хлор ($Cl_2$). Объём водорода равен $22,4 \text{ м}^3$, объём хлора равен $22,4 \text{ м}^3$.