Электролиз раствора при интенсивном перемешивании

Электролиз 311,1 г 14,1 %-ного раствора хлорида натрия процесс проводили при интенсивном перемешивании. Из полученного раствора отобрали порцию массой 77,7 г. При взаимодействии раствора этой порции с избытком H2S образовалось 4,8 г желтого осадка. Какой максимальный объем хлора (н.у.) можно получить при электролизе оставшегося раствора, если раствор не перемешивать?

Вот это я понимаю нюансы в задаче :flushed:

Для начала разберемся с тем, что происходит при электролизе раствора. На катоде судя по всему выделяется водород, а на аноде хлор :

\ce{K: 2H2O +2e = H2 + 2OH-}
\ce{A: 2Cl- = Cl2 + 2e}

Поскольку раствор перемешивали, продукты на катоде и аноде с легкостью могли смешаться с содержимым раствора. Если посмотреть на среду раствора, то в принципе понятно что она щелочная. А что происходит с хлором в щелочном растворе ? Правильно, происходит диспропорционирование по уравнению :

\ce{3Cl2 + 6OH- = 5Cl- + ClO3- + 3H2O}

Если полностью вникнуть в происходящее, вполне естественен вопрос “а почему реакция идет до хлората, а не гипохлорита ?”. И тут в дело вступает второй закон термодинамики. Мы не можем полностью конвертировать электрическую энергию в “химическую” энергию. Какая-то часть приложенной энергии превращается в теплоту (проще говоря, КПД электролиза не может быть равен 100%), за счет которой раствор должен нагреваться. А что делают гипохлорит ионы при повышенных температурах раствора ? Правильно, диспропорционируют до \ce{Cl-} и \ce{ClO3-}.

Теперь думаю становится более менее понятно, откуда взялся желтый осадок. Он получается в ходе окислительно-восстановительной реакции, в которой \ce{ClO3-} восстанавливаются до \ce{Cl-}, а \ce{H2S} окисляется до серы, которая и является тем самым желтым осадком.

\ce{3H2S + ClO3- = 3S + Cl- + 3H2O}

А теперь вернемся к сути задачи. С помощью массы осадка ты можешь определить степень протекания электролиза хлорида натрия. Чтобы определить это, рекомендую записать суммарное уравнение электролиза хлорида натрия (учитывая диспропорционирование) , а затем по массе осадка найти массовую долю хлората в порции раствора массой 77.7 г. После этого задача приводится к следующему виду :

Электролиз 311.1 г 14.1%-ного раствора хлорида натрия проводили при интенсивном перемешивании. Какой максимальный объем хлора (н.у) можно получить при электролизе оставшегося раствора, в котором массовая доля хлората составляет “столько то”, если раствор не перемешивать ?

Полное решение на всякий случай

Суммарная реакция, которая протекает в ходе электролиза выглядит следующим образом :

\ce{NaCl + 3H2O = NaClO3 + 3H2}

Для начала найдем массовую долю хлората натрия в порции раствора массой 77.7 г.

\ce{m(NaClO3) = \frac{4.8 \cdot 106.5}{32 \cdot 3}= 5.325 (г)}

Отсюда понятно, что \ce{w(NaClO3) = \frac{5.325}{77.7} = 0.06853} . Теперь, пусть электролизовалось х моль хлорида натрия, тогда образуется х моль хлората натрия и 3х моль водорода. Конечная масса раствора должна быть равна 311.1 - 6х г, а масса хлората натрия должна быть 106.5х г.

\ce{w(NaClO3) = \frac{106.5x}{311.1-6x}=0.06853}

Решая это уравнение, мы получаем значение х = 0.2 моль. Следовательно, в растворе остаются 0.75 - 0.2 = 0.55 моль хлорида натрия, электролизом которого максимально можно получить 0.55/2 = 0.275 моль хлора, объем которого при н.у составляет 6.16 л

6 симпатий