Номер 15, страница 103 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 10. Металлы - номер 15, страница 103.

Условие.

15. При электролизе раствора, содержащего 2,22 г соли двухвалентного металла, на аноде выделилось 0,448 л хлора (н. у.). Какая соль была подвергнута электролизу? Подтвердите свой ответ расчётами и напишите уравнения реакций, протекающих на электродах.

Решение.

Решение 2.

Дано:

масса соли ($m_{соли}$) = 2,22 г

объем хлора ($V(Cl_2)$) = 0,448 л (н. у.)

металл (Me) в соли двухвалентный

Найти:

Формулу соли - ?

Уравнения реакций на электродах - ?

Решение:

Поскольку при электролизе на аноде выделяется газ хлор ($Cl_2$), можно сделать вывод, что анионом в составе исходной соли является хлорид-ион ($Cl^-$). Так как по условию металл двухвалентный ($Me^{2+}$), то общая формула соли будет $MeCl_2$.

Рассчитаем количество вещества (моль) выделившегося хлора, используя молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m = 22,4$ л/моль):

$n(Cl_2) = \frac{V(Cl_2)}{V_m} = \frac{0,448 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

Напишем уравнение процесса, протекающего на аноде:

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

Из стехиометрии этого уравнения следует, что для образования 1 моль $Cl_2$ необходимо 2 моль хлорид-ионов. Следовательно, количество вещества соли $MeCl_2$, которая диссоциирует с образованием двух хлорид-ионов ($MeCl_2 \rightarrow Me^{2+} + 2Cl^-$), равно количеству вещества выделившегося хлора:

$n(MeCl_2) = n(Cl_2) = 0,02 \text{ моль}$

Теперь мы можем рассчитать молярную массу соли, зная ее массу и количество вещества:

$M(MeCl_2) = \frac{m(MeCl_2)}{n(MeCl_2)} = \frac{2,22 \text{ г}}{0,02 \text{ моль}} = 111 \text{ г/моль}$

Молярная масса соли складывается из молярной массы металла ($M(Me)$) и удвоенной молярной массы хлора ($M(Cl) \approx 35,5$ г/моль). Вычислим молярную массу неизвестного металла:

$M(Me) = M(MeCl_2) - 2 \cdot M(Cl) = 111 \text{ г/моль} - 2 \cdot 35,5 \text{ г/моль} = 111 - 71 = 40 \text{ г/моль}$

Согласно периодической системе химических элементов, металл с атомной массой 40 г/моль — это кальций (Ca). Кальций является элементом второй группы и проявляет валентность II, что соответствует условию задачи.

Таким образом, соль, подвергнутая электролизу, — это хлорид кальция, $CaCl_2$.

При электролизе водного раствора хлорида кальция (соли активного металла и бескислородной кислоты) на электродах протекают следующие реакции:

Катод (-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$ (восстанавливается вода, а не ионы кальция)

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

Ответ: Соль, которая была подвергнута электролизу, – хлорид кальция ($CaCl_2$). Уравнения реакций, протекающих на электродах:
Катод (-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$
Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$