1. Электролиз растворов щелочей и кислородсодержащих кислот 1.1. При работе электролизера, содержащего раствор гидроксида натрия, получили 140,0 л кислорода (н. у.). Вычислите массу вещества, разложившегося в процессе электролиза. Ответ: 225,0 г воды. 1.2. При электролизе раствора серной кислоты на катоде выделилось 112 л газа (н. у.). Какова масса вещества, разложившаяся в процессе электролиза? Ответ: 90,0 г воды. 1.3. 250,0 мл раствора с массовой долей NaOH 9,0 % (плотность 1,1 г/мл) подвергли электролизу, в результате которого на аноде выделилось 28,0 л газа (н. у.). Вычислите массовую долю находящегося в растворе вещества после электролиза. Ответ: 10,76 %. 1.4. При электролизе 200 мл раствора серной кислоты (ω = 20,0 %, ρ = 1,14 г/мл) на катоде выделилось 3,2 г газа. Вычислите массовую долю находящегося в растворе вещества после электролиза. Ответ: 22,89 %. 1.5. Через электролизер, содержащий 500 мл 4,57 % раствора гидроксида натрия (плотность 1,05 г/мл), пропустили электрический ток. Спустя несколько часов массовая доля гидроксида натрия в электролизере достигла 8,0 %. Определите объемы газов, выделившихся на электродах. Ответ: 140,0 л О2 и 280,0 л Н2. 1.6. Массовая доля фосфорной кислоты после электролиза 450 мл ее исходного раствора (ω = 30,0 %, ρ = 1,18 г/мл) составила 35,4 %. Определите массу разложившегося вещества. Ответ: 81 г воды. 1.7. 2,0 л раствора гидроксида натрия (плотность 1,08 г/мл) длительное время подвергали электролизу, в результате чего массовая доля растворенного вещества увеличилась в полтора раза. Определите массы веществ, выделившихся на аноде и катоде. Ответ: 80,0 г Н2 и 640,0 г О2. 1.8. Массовая доля азотной кислоты в растворе после электролиза 3,0 л ее исходного раствора (ρ = 1,115 г/мл) увеличилась в 1,2 раза. Определите массу разложившегося вещества. Ответ: 557,5 г. 2. Электролиз растворов бескислородных кислот 2.1. Определить массовую долю HCl в растворе, если хлор, полученный в результате полного электролиза 200 мл этого раствора и пропущенный через раствор КI, выделяет 12,7 г йода. Ответ: 3,65 %. 2.2. При электролизе с инертными электродами неизвестной кислоты было получено: на катоде – 0,5 г Н2, а на аноде – 17,75 г неизвестного газа. Определите неизвестную кислоту. Ответ: HCl. 2.3. Определить объем раствора НСl (ω = 17,5 %, ρ = 1,085 г/мл), при полном электролизе которого можно получить 88,75 г хлора. Ответ: 480 мл. 2.4. При электролизе 200 г 16,2 % раствора НВr на катоде было последовательно получено (н. у.): а) 13,44 л; б) 26,88 л и в) 44,8 л водорода. Какова массовая доля 1 веществ, находящихся в растворе, в каждом конкретном случае? Ответ: а) ω(HBr) = 8,15 % и ω(HBrO3) = 12,98 %; б) ω(HBrO3) = 26,11 %; в) ω(HBrO3) = 31,24 %. 3. Электролиз растворов солей, образованных малоактивным металлом и бескислородной кислотой 3.1. После завершения электролиза раствора хлорида неизвестного металла на катоде выделилось 0,318 г металла. При растворении этой массы металла в концентрированной азотной кислоте образовалось 224 мл бурого газа (н. у.). Определите состав хлорида и его массу в растворе. Ответ: 0,673 г CuC12. 3.2. При электролизе 300 мл 12 % раствора CuCl2 (ρ = 1,116 г/мл) масса раствора уменьшилась на 27 г. Определить массу веществ, выделившихся на электродах и массовую долю оставшейся в растворе соли. Ответ: 12,8 г Cu и 14,2 г Cl2; 4,28 % CuC12. 3.3. Металл, выделившийся на катоде при частичном электролизе 42,6 мл 6 % раствора CuCl2 (ρ = 1,056 г/мл), был растворен в концентрированной азотной кислоте. При этом образовалось 0,448 л бурого газа (н. у.). Определите массу веществ, выделившихся на электродах и массовую долю оставшейся в растворе соли. Ответ: 0,64 г Cu и 0,71 г Cl2; 3,09 % CuC12. 3.4. В раствор CuC12 (157 мл, ω = 8,0 %, ρ = 1,076 г/мл) погрузили инертные электроды и пропустили электрический ток. Какой объем раствора КОН (ω = 10,0 %, ρ = 1,09 г/мл) необходим для поглощения хлора, выделившегося в результате полного электролиза? Считать, что реакция поглощения хлора протекает на холоду. Ответ: 102,7 мл. 3.5. После завершения электролиза раствора сульфата неизвестного металла на катоде выделилось 0,954 г металла. При растворении этой массы металла в концентрированной серной кислоте образовалось 336 мл диоксида серы (н. у.). Определите состав сульфата и его массу в растворе. Ответ: 2,4 г CuSO4. 4. Электролиз растворов солей, образованных малоактивным металлом и кислородсодержащей кислотой 4.1. Раствор смеси 8,44 г пентагидрата сульфата меди (II) и сульфата ртути (II) подвергли электролизу до полного осаждения металлов. К электролиту добавили 22,5 мл раствора гидроксида натрия (массовая доля 11,2 %, плотность 1,11 г/мл). Образовавшийся раствор может прореагировать с 16 мл соляной кислоты с концентрацией 0,625 моль/л. Вычислите массовые доли солей в смеси и объем газа (при н. у.), необходимого для приготовления указанного объема соляной кислоты. Ответ: 29,6 % CuSO4∙5H2O; 70,4 % HgSO4; 0,224 л HCl. 4.2. Сравните, какие продукты будут находиться в растворе в результате электролиза водного раствора нитрата свинца (II) с инертными электродами в двух 2 случаях: а) соль полностью подвергнута электролизу, и после этого электроды сразу вынуты из раствора; б) соль полностью подвергнута электролизу, и после этого в течение некоторого времени электроды остаются в растворе. Ответ: а) HNO3; б) AgNO3. 4.3. При электролизе раствора соли на катоде выделилось 31,8 г меди, а на аноде – 8 г газа. Определите неизвестный газ. Ответ: кислород. 4.4. 200 г 25 % раствора пентагидрата сульфата меди подвергли электролизу до полного осаждения металла. Выделившийся на аноде газ пропустили через трубку, содержащую 16,25 г цинка. Определите массу веществ в трубке после реакции. Ответ: 3,25 г Zn и 16,2 г ZnO. 4.5. Электролиз 300 г 6 % раствора сульфата ртути проводили до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 8,68 г. Определите массу веществ, выделившихся на электродах и массовую долю веществ в растворе. Ответ: 0,64 г О2; 8,04 г Hg; 2,0 % HgSO4; 1,35 % H2O. 4.6. Электролиз 300 г 6 % раствора сульфата ртути проводили до тех пор, пока массовая доля исходной соли не стала равной 2 %. Определите объем 10 % раствора гидроксида натрия (ρ = 1,11 г/мл), необходимого для нейтрализации полученного раствора. Ответ: 28,8 мл. 4.7. Электролиз 937 мл 10 % раствора хлорида цинка (ρ = 1,09 г/мл) проводили до тех пор, пока на аноде не выделилось 13,44 л хлора (н. у.), а на катоде – 32,5 г цинка. Определите объем газа, выделившегося на катоде. Ответ: 4,48 л Н2. 4.8. Электролиз 10 % раствора нитрата свинца продолжали до полного осаждения свинца, после чего электроды были удалены из электролизной ванны. Какая масса исходного раствора была взята, если для нейтрализации полученного раствора потребовалось 24,6 мл 20 % раствора гидроксида натрия (ρ = 1,22 г/мл)? Ответ: 240 г. 5. Электролиз растворов солей, образованных активным металлом и бескислородной кислотой 5.1. При электролизе 23,4 мл 9,36 % раствора хлорида натрия (плотность раствора 1,07 г/мл) на аноде выделилось 672 мл газообразных веществ (н. у.). Полученные газы при нагревании пропущены через трубку, содержащую 15,0 г металлической меди. Вычислите массовые доли веществ, находящиеся в трубке после окончания опыта. Ответ: 16,2 % CuC12, 4,8 % CuO и 79,0 % Cu. 5.2. При электролизе раствора хлорида кальция на катоде выделилось 5,6 г водорода. Какой газ и какой массой выделился на аноде? Ответ: 198,8 г C12. 5.3. При электролизе водного раствора хлорида калия массой 497,0 г на аноде выделилось 25,0 л газа (р = 101,3 кПа, Т = 32°С). Выделившийся газ был полностью поглощен избытком горячего раствора гидроксида калия. Какие соли и в каком количестве образовались в результате поглощения? Рассчитайте массовую долю хлорида калия в исходном растворе, если после окончания электролиза раствор уже не содержал этой соли. Ответ: 1/3 моль KClO3 и 5/3 моль KCl, 30,0 % KCl. 3 5.4. При электролизе 48,1 мл 10,4 % раствора хлорида бария (плотность раствора 1,04 г/мл) на аноде выделилось 1,12 л газообразных веществ (н. у.). Полученные газы при нагревании пропущены через трубку, содержащую 15,0 г металлического цинка. Вычислите массовые доли веществ, находящиеся в трубке после окончания опыта. Ответ: 19,4 % ZnC12, 23,0 % ZnO и 57,6 % Zn. 5.5. Найдите массовую долю хлорида натрия в растворе, если при пропускании хлора, выделившегося при полном электролизе 250,0 г такого раствора, через раствор йодида калия образовалось 6,35 г йода. Ответ: 1,17 %. 5.6. Раствор, содержащий 463 кг поваренной соли, подвергнут электролизу. Полученные газы были использованы для синтеза хлороводорода. Образовавшийся хлороводород растворили в 708 л воды. Рассчитайте массовую долю образовавшейся при этом соляной кислоты. Ответ: 29,2 % HCl. 5.7. Раствор смеси 7,22 г дигидрата хлорида бария и хлорида натрия подвергли электролизу до полного разложения солей. К образовавшемуся раствору добавили 26 мл раствора серной кислоты (массовая доля 19,6 %, ρ = 1,15 г/мл). На полную нейтрализацию полученного при этом раствора потребовалось 32 мл раствора гидроксида калия с концентрацией 1,25 моль/л. Вычислите массовые доли солей в смеси и объем хлора (при н. у.), полученного при электролизе. Ответ: 67,6 % BaCl2∙2H2O; 32,4 % NaCl; 0,896 г Cl2. 5.8. Раствор соли калия подвергли электролизу. Газы собрали и пропустили через воду. Раствор оставили на солнечном свету. После добавления к раствору нитрата серебра выпало 5,73 г осадка. Определить, сколько литров газа растворили в воде и сколько граммов соли подвергли электролизу. Ответ: 0,894 л HCl; 2,98 г KCl. 6. Электролиз растворов солей, образованных активным металлом и кислородсодержащей кислотой 6.1. При электролизе 1500 г 5%-го раствора нитрата кальция на аноде выделилось 34 л газа, измеренного при температуре 17°С и давлении 750 мм рт. ст. Какое вещество и в каком количестве выделилось на катоде? Вычислить процентную концентрацию веществ, находящихся в растворе, образовавшемся после окончания электролиза. Ответ: 2,82 л Н2; ω(Ca(NO3)2) = 5,17 %. 6.2. При электролизе 9,17 % раствора нитрата калия массой 872 г на аноде выделилось 61,0 л кислорода (Т = 21°С, р = 80,11 кПа). Вычислите массовую долю нитрата калия в растворе после проведения электролиза. Ответ: 10,4 % KNO3. 4 7. Электролиз растворов, содержащих несколько солей различного типа 7.1. К 200,0 г 16%-го раствора сульфата меди прилили 200,0 г 29,8 % раствора хлорида калия и полученный раствор подвергли электролизу с инертными электродами. Электролиз закончили, когда массовая доля сульфат-ионов стала равной 5,61 %. Рассчитайте массы продуктов, выделившихся на электродах. Ответ: 12,8 г Cu; 2,2 г Н2; 28,4 г Cl2; 14,4 г О2. 7.2. 1000 г 5,1 % раствора нитрата серебра подвергнуто электролизу, при этом на катоде выделилось 10,8 г вещества. Затем в электролизер добавили 500,0 г 13,5%-го раствора хлорида меди (II) и раствор снова подвергли электролизу до выделения на аноде 8,96 л газа (н. у.). Определите массовые доли веществ в конечном растворе. Ответ: 1,3 % нитрата меди. 7.3. Для анализа препарата технического гидроксида натрия на содержание примеси хлорида натрия 40,0 г его растворили в воде и подвергли электролизу до полного окисления ионов хлора. При этом на аноде выделилось 556 мл хлора (н. у.). Вычислите массовую долю примеси в препарате. Ответ: 7,26 % хлорида натрия. 8. Электролиз солей карбоновых кислот 8.1. Какой объем 20%-го раствора CH3COONa (ρ = 1,102 г/мл) нужно взять для электролиза, если образовавшийся после его завершения на аноде газообразный продукт при пропускании через известковую воду дает 80 г осадка? Ответ: 297,6 мл. 8.2. Какой объем 8%-го раствора NaOH (ρ = 1,09 г/мл) необходимо взять для поглощения оксида углерода (IV), образовавшегося при сгорании газообразных продуктов, выделяющихся на аноде после завершения электролиза соли, содержащейся в 410 г 20%-го раствора CH3COONa? (Считать, что при нейтрализации щелочи образуется кислая соль.) Ответ: 458,7 мл. 8.3. 250 г 16,92 % раствора C2H5COONa подвергли электролизу с инертными электродами. Электролиз закончили тогда, когда массовая доля соли в растворе стала равной 8,0 %. Каковы массы продуктов, выделившихся на электродах? Ответ: 7,18 г. 8.4. Электролиз 200 г 5,9 % раствора СН3СООК продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 11,0 г. Какие массы газов выделились при этом на электродах? Ответ: 2,9 г С2Н6; 4,4 г СО2; 0,3 г Н2; 3,2 г О2. 9. Электролиз расплавов 9.1. При электролизе расплава поваренной соли получено 5,75 г металлического натрия. Какое количество газа выделилось на аноде? Ответ: 2,8 л Cl2. 9.2. При электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите получено 100,0 г алюминия. Какой газ и сколько его выделился при этом на аноде? Ответ: 2,775 моль О2. 5 9.3. При получении каждых 2 кг алюминия методом электролиза расплава расходуется 4 кг оксида алюминия. Вычислите выход металла в процентах от теоретического. Ответ: 94,43 %. 9.4. Диоксид углерода, образовавшийся при электролизе оксида алюминия, можно нейтрализовать 263,5 мл 5%-го раствора NaOH (ρ = 1,054 г/мл). Каков объем образовавшегося диоксида углерода? Сколько граммов алюминия при этом было получено? Ответ: 7,78 л СО2; 12,5 г Al. 9.5. При электролизе расплава бинарного неорганического соединения (массы его компонентов относятся как 1 : 0,145). На одном из электродов было получено 5,18 г металла, а на другом – 9,0 л газа, собранного при давлении 744,5 мм рт. ст. и температуре 15°С. Электролиз проводили 20 часов током 1 А. Определить, какое соединение было подвергнуто электролизу. Ответ: LiH. 9.6. В результате электролиза расплава хлорида неизвестного металла, образующего трехзарядный катион, на аноде выделилось 6,72 л газа (н. у.), а на катоде – 5,4 г металла. Хлорид какого металла подвергли электролизу? Ответ: хлорид алюминия. 10. Основные законы электролиза 10.1. Водный раствор серной кислоты подвергли электролизу (сила тока 5,0 А) в течение 53,6 ч. После окончания элекrролиза осталось 410,0 г 10 % раствора серной кислоты. Найдите первоначальную концентрацию раствора. Ответ: 8,2 %. 10.2. При пропускании постоянного тока силой 6,43 А в течение 1,0 ч через расплав соли трехвалентного металла на катоде выделилось 2,16 г металла, а на аноде – газ, имеющий плотность по гелию 17,75. Определите состав соли, которую подвергли электролизу. Ответ: AlCl3. 10.3. Ток силой 5,36 А пропускали в течении 5 ч через последовательно соединенные электролизеры, заполненные растворами нитрата серебра и сульфата меди. Определите качественный и количественный состав продуктов, выделившихся на электродах. Ответ: 108,0 г Ag; 32,0 г Cu и 16,0 г О2. 10.4. Через водный раствор хлорида магния в течение 10 мин пропускали ток силой 15 А. Какие вещества при этом образовались и каковы их массы, если электроды изготовлены из платины и после завершения электролиза в растворе осталось некоторое количество хлорида магния? Ответ: 0,093 г Н2; 3,31 г Cl2 и 2,7 г Mg(OH)2. 10.5. Водный раствор объемом 1200,0 мл, содержащий 70,2 г хлорида натрия, поместили в электролизер с платиновыми электродами. Через раствор в течение 1 ч 20 мин пропускали ток силой 1,005 А. Какие продукты и в каком количестве образовались на электродах? Какова концентрация хлорида натрия до начала и после окончания электролиза? Ответ: 0,56 л Cl2 и 0,56 л Н2; 1,0 моль/л и 0,9583 моль/л. 10.6. Через раствор соли органической кислоты в течение 2 ч пропускали ток силой 1 А. В результате электролиза на катоде образовалось 7,73 г металла, а на аноде – этан и СО2. Установите, какую соль подвергли электролизу? Ответ: ацетат свинца.