Номер 14, страница 103 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 10. Металлы - номер 14, страница 103.

Условие.

14. Какие вещества и в каких количествах образуются при электролизе расплава 234 г хлорида натрия? Какая масса железа может вступить в реакцию с веществом, выделившимся на аноде?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(NaCl) = 234 \text{ г}$

Найти:

$m(\text{продуктов}) - ?$
$m(Fe) - ?$

Решение:

Какие вещества и в каких количествах образуются при электролизе расплава 234 г хлорида натрия?

Сначала запишем уравнение реакции электролиза расплава хлорида натрия. При электролизе расплава соли на катоде восстанавливается металл, а на аноде окисляется анион кислотного остатка.

В расплаве хлорид натрия диссоциирует на ионы: $NaCl \leftrightarrow Na^+ + Cl^-$

Процессы на электродах:
Катод (-): $Na^+ + 1e^- \rightarrow Na^0$ (восстановление натрия)
Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ (окисление хлорид-ионов)

Суммарное уравнение электролиза с учетом баланса электронов: $2NaCl \xrightarrow{электролиз} 2Na + Cl_2 \uparrow$

Найдем количество вещества (моль) хлорида натрия, вступившего в реакцию. Для этого сначала вычислим его молярную массу: $M(NaCl) = M(Na) + M(Cl) = 23 + 35.5 = 58.5 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества хлорида натрия: $n(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{M(NaCl)} = \frac{234 \text{ г}}{58.5 \text{ г/моль}} = 4 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции $2NaCl \rightarrow 2Na + Cl_2$, из 2 моль NaCl образуется 2 моль Na и 1 моль $Cl_2$. Составим пропорцию для нахождения количеств продуктов реакции:
$n(Na) = n(NaCl) = 4 \text{ моль}$
$n(Cl_2) = \frac{1}{2} n(NaCl) = \frac{1}{2} \cdot 4 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$

Теперь рассчитаем массы образовавшихся веществ (натрия и хлора):
Молярная масса натрия $M(Na) = 23 \text{ г/моль}$.
$m(Na) = n(Na) \cdot M(Na) = 4 \text{ моль} \cdot 23 \text{ г/моль} = 92 \text{ г}$

Молярная масса хлора $M(Cl_2) = 2 \cdot M(Cl) = 2 \cdot 35.5 = 71 \text{ г/моль}$.
$m(Cl_2) = n(Cl_2) \cdot M(Cl_2) = 2 \text{ моль} \cdot 71 \text{ г/моль} = 142 \text{ г}$

Ответ: При электролизе образуется 92 г металлического натрия и 142 г газообразного хлора.

Какая масса железа может вступить в реакцию с веществом, выделившимся на аноде?

На аноде выделяется газообразный хлор ($Cl_2$). Железо реагирует с хлором с образованием хлорида железа(III), так как хлор является сильным окислителем: $2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$

Из предыдущего пункта мы знаем, что в ходе электролиза выделилось 2 моль хлора ($n(Cl_2) = 2 \text{ моль}$).

По уравнению реакции на 3 моль хлора приходится 2 моль железа. Найдем количество вещества железа, которое может прореагировать с 2 моль хлора: $n(Fe) = \frac{2}{3} n(Cl_2) = \frac{2}{3} \cdot 2 \text{ моль} = \frac{4}{3} \text{ моль}$

Теперь рассчитаем массу железа. Молярная масса железа $M(Fe) \approx 56 \text{ г/моль}$. $m(Fe) = n(Fe) \cdot M(Fe) = \frac{4}{3} \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} \approx 74.67 \text{ г}$

Ответ: С выделившимся на аноде хлором может прореагировать 74,67 г железа.