Раствор, содержащий хлорид калия и соляную кислоту, подвергли электролизу с инертным анодом в течение длительного времени. За всё время электролиза на катоде выделилось 17,92 л газа (н. у.), а на аноде — 13,44 л газа (н. у.). После электролиза образовался раствор массой 200 г, в котором массовая доля растворённого вещества составила 5,6%. Напишите уравнения реакций, протекавших в процессе электролиза, и рассчитайте массовые доли веществ в растворе до электролиза. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).
💡 Пошаговый разбор и решение:
1. Запишем уравнения протекающих реакций:
$2HCl \reactrarrow0pt1 cm\scriptsize эл.ток H$_2$\uparrow$ + Cl$_2$\uparrow$$
$2KCl + 2H$_2$O \reactrarrow0pt1 cm\scriptsize эл.ток H$_2$\uparrow$ + Cl$_2$\uparrow$ + 2KOH$
$2H$_2$O \reactrarrow0pt1 cm\scriptsize эл.ток 2H$_2$\uparrow$ + O$_2$\uparrow$$
2. Найдем количество вещества и массу хлорида калия в исходном растворе:
$\it\nu\rm ( KCl ) = \it\nu\rm ( KOH ) = $\frac{200 \cdot 0,056}{56}$ = 0,2 моль$
В исходной смеси $\it m\rm ( KCl ) = 0,2 \cdot 74,5 = 14,9 г$
3. Найдем количество вещества и массу соляной кислоты в исходном растворе:
$\it\nu\rm_ ( газа на катоде ) - \it\nu\rm_ ( газа на аноде ) = $\frac{17,92 - 13,44}{22,4}$ = 0,2 моль$
следовательно, разложилось $0,4 моль$ воды:
$\it\nu_3\rm ( H_2 ) = \it\nu\rm ( H_2O ) = 0,4 моль$
$\it\nu\rm ( O_2 ) = $\frac{\it\nu_3\rm ( H_2 )}{2}$ = 0,2 моль$
При электролизе хлорида калия на аноде выделилось:
$\it\nu_2\rm ( Cl_2 ) = $\frac{\it\nu\rm ( KOH )}{2}$ = 0,1 моль$
При электролизе соляной кислоты на аноде выделилось:
$\it\nu_1\rm ( Cl_2 ) = $\frac{13,44}{22,4}$ - 0,1 - 0,2 = 0,3 моль$
$\it\nu\rm ( HCl ) = 2 \cdot \it\nu_1\rm ( Cl_2 ) = 0,6 моль$
$\it m\rm ( HCl ) = 0,6 \cdot 36,5 = 21,9 г$
4. Найдем массы раствора и массовые доли растворенных в нем веществ:
$\it m\rm_исх.р - ра = \it m\rm_конечн.р - ра + \it m\rm ( H_2 ) + \it m\rm ( O_2 ) + \it m\rm ( Cl_2 ) = 200 + 0,8 \cdot 2 + 0,2 \cdot 32 + 0,4 \cdot 71 = 236,4 г$ $\it m\rm_исх.р - ра = \it m\rm_конечн.р - ра + \it m\rm ( H_2 ) + \it m\rm ( O_2 ) + \it m\rm ( Cl_2 ) =$
$= 200 + 0,8 \cdot 2 + 0,2 \cdot 32 + 0,4 \cdot 71 = 236,4 г$
$\it\omega\rm ( HCl ) = $\frac{21,9}{236,4}$ \cdot 100\% = 9,26\%$
$\it\omega\rm ( KCl ) = $\frac{14,9}{236,4}$ \cdot 100\% = 6,30\%$
$2HCl \reactrarrow0pt1 cm\scriptsize эл.ток H$_2$\uparrow$ + Cl$_2$\uparrow$$
$2KCl + 2H$_2$O \reactrarrow0pt1 cm\scriptsize эл.ток H$_2$\uparrow$ + Cl$_2$\uparrow$ + 2KOH$
$2H$_2$O \reactrarrow0pt1 cm\scriptsize эл.ток 2H$_2$\uparrow$ + O$_2$\uparrow$$
2. Найдем количество вещества и массу хлорида калия в исходном растворе:
$\it\nu\rm ( KCl ) = \it\nu\rm ( KOH ) = $\frac{200 \cdot 0,056}{56}$ = 0,2 моль$
В исходной смеси $\it m\rm ( KCl ) = 0,2 \cdot 74,5 = 14,9 г$
3. Найдем количество вещества и массу соляной кислоты в исходном растворе:
$\it\nu\rm_ ( газа на катоде ) - \it\nu\rm_ ( газа на аноде ) = $\frac{17,92 - 13,44}{22,4}$ = 0,2 моль$
следовательно, разложилось $0,4 моль$ воды:
$\it\nu_3\rm ( H_2 ) = \it\nu\rm ( H_2O ) = 0,4 моль$
$\it\nu\rm ( O_2 ) = $\frac{\it\nu_3\rm ( H_2 )}{2}$ = 0,2 моль$
При электролизе хлорида калия на аноде выделилось:
$\it\nu_2\rm ( Cl_2 ) = $\frac{\it\nu\rm ( KOH )}{2}$ = 0,1 моль$
При электролизе соляной кислоты на аноде выделилось:
$\it\nu_1\rm ( Cl_2 ) = $\frac{13,44}{22,4}$ - 0,1 - 0,2 = 0,3 моль$
$\it\nu\rm ( HCl ) = 2 \cdot \it\nu_1\rm ( Cl_2 ) = 0,6 моль$
$\it m\rm ( HCl ) = 0,6 \cdot 36,5 = 21,9 г$
4. Найдем массы раствора и массовые доли растворенных в нем веществ:
$\it m\rm_исх.р - ра = \it m\rm_конечн.р - ра + \it m\rm ( H_2 ) + \it m\rm ( O_2 ) + \it m\rm ( Cl_2 ) = 200 + 0,8 \cdot 2 + 0,2 \cdot 32 + 0,4 \cdot 71 = 236,4 г$ $\it m\rm_исх.р - ра = \it m\rm_конечн.р - ра + \it m\rm ( H_2 ) + \it m\rm ( O_2 ) + \it m\rm ( Cl_2 ) =$
$= 200 + 0,8 \cdot 2 + 0,2 \cdot 32 + 0,4 \cdot 71 = 236,4 г$
$\it\omega\rm ( HCl ) = $\frac{21,9}{236,4}$ \cdot 100\% = 9,26\%$
$\it\omega\rm ( KCl ) = $\frac{14,9}{236,4}$ \cdot 100\% = 6,30\%$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 117372 • Задание №6
В пробирку с раствором соли серной кислоты Х добавили раствор соли Y. В результате реакции наблюдали выпадение...
ID 116622 • Задание №4
Из предложенного перечня выберите два вещества немолекулярного строения, которые имеют ковалентную полярную хи...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы | 4
Правильно записаны три элемента ответа | 3
Правильно записаны два элемента ответа | 2
Правильно записан один элемент ответа | 1
Все элементы ответа записаны неверно | 0
Максимальный балл | 4
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Ответ правильный и полный, содержит все названные выше элементы | 4
Правильно записаны три элемента ответа | 3
Правильно записаны два элемента ответа | 2
Правильно записан один элемент ответа | 1
Все элементы ответа записаны неверно | 0
Максимальный балл | 4
🔗 Другие задания линии №34 по предмету Химия:
ID 126200
При нагревании образца карбоната кальция часть вещества разложилась. При этом выделилось 4,48 л...
ID 126201
Навеску гидрокарбоната натрия прокаливали в течение непродолжительного времени и получили тверд...
ID 126202
Навеску основного карбоната меди прокаливали в течение непродолжительного времени и получили тв...
ID 126203
Навеску технического карбоната кальция массой 8,00 г растворили в избытке соляной кислоты. К по...
ID 126204
Железную проволоку массой 0,295 г растворили при нагревании в избытке разбавленной азотной кисл...