При взаимодействии 17,5г кремния и 225г 20% раствора гидроксида натрия выделилось 16,8л газа (н.у.). Определите выход газа (%) от теоретически возможного.
Fe⁺²O⁻² (оксид железа (II)), его основание Fe⁺²(O⁻²H⁺)₂ (гидроксид железа (II))
Cu₂⁺O⁻² (оксид меди (I)), его основание Cu⁺O⁻²H⁺ (гидроксид меди (I))
Cs₂⁺O⁻² (оксид цезия), его основание Cs⁺O⁻²H⁺ (гидроксид цезия)
Кислотные оксиды: соединения неметалла и кислорода
Cl₂⁺⁷O₇⁻² (оксид хлора (VII)), его кислота H⁺Cl⁺⁷O₄⁻² (хлорная кислота)
S⁺⁶O₃⁻² (оксид серы (VI)), его кислота H₂⁺S⁺⁶O₄⁻² (серная кислота)
Про остальное:
H⁺Cl⁻ - хлороводородная кислота (бескислородная, поэтому своего оксида у нее нет)
K⁺O⁻²H⁺ - гидроксид калия, имеет свой основный оксид K₂⁺O⁻² (оксид калия)
H₂O - вода, не относится ни к кислотным, ни к основным, ни к амфотерным оксидам, хоть и проявляет себя как ОЧЕНЬ слабая кислота и ОЧЕНЬ слабое основание
Fe⁺³Cl₃⁻ - соль хлорид железа (III)
Ca⁺²(O⁻²H⁺)₂ - гидроксид кальция, имеет свой основный оксид Ca⁺²O⁻² (оксид кальция)
H₂SO₄ - серная кислота, о ней было выше в кислотных оксидах
сульфат кадмия cdso4 – соль, образованная слабым основанием cd(oh)2 и сильной кислотой h2so4 которая в водном растворе гидролизуется по катиону.
2cdso4 + 2н2о = (cdoh)2so4 + h2so4
cd (2+) + н2о = cdoh(+) + н (+) (ph < 7 – среда кислая)
анодный процесс
при электролизе растворов солей, содержащих в своем составе сульфат-ион so4(2-) на аноде происходит окисление воды с выделением свободного кислорода.
анод (+) 2н2о – 4е = 4н (+) + о2↑ (рн < 7)
катодный процесс.
поскольку кадмий в ряду напряжений стоит после алюминия и до водорода, то на катоде одновременно будут протекать два процесса – восстановление ионов cd(2+) и восстановление ионов водорода н (+) (поскольку среда кислая)
cd(2+) + 2e = cd↓
2h(+) + 2e = h2↑
суммарная реакция на катоде
катод cd(2+) + 2h(+) + 4e = cd + h2↑
тогда процессы окисления – восстановления, протекающие при электролизе раствора сульфата кадмия cdso4
2н2о – 4е = 4н (+) + о2↑ | 1 - окисление
cd(2+) + 2h(+) + 4e = cd + h2↑ | 1 – восстановление
суммарно
cd(2+) + 2h(+) + 2н2о = cd + h2↑ + 4н (+) + о2↑
после подобных
cd(2+) + 2н2о = cd + h2↑ + 2н (+) + о2↑
уравнение реакции в молекулярном виде
cdso4 + 2н2о = cd + h2↑ + н2so4 + о2↑
поскольку на катоде одновременно протекают два процесса – восстановление ионов cd(2+) и восстановление ионов водорода h(+), то суммарное количество электричества, затраченное на восстановление ионов кадмия и водорода, будет равно количеству электричества, прошедшего через электролит.
чтобы найти выход по току для кадмия найдем выход по току для водорода.
эквивалентный объем водорода найдем как эквивалентный объем двухатомного газа при н. у.
vэкв (н2) = vm/(2*z(н2)) = 22,4/(2*1) = 11,2 л
vm = 22,4 л/моль – молярный объем при н. у.
z(н2) = 1 – число связей в молекуле н2
по первому закону фарадея найдем количество электричества, затраченное на восстановление водорода объемом 11,2 мл.
Основные оксиды: соединения металла с кислородом
Fe⁺²O⁻² (оксид железа (II)), его основание Fe⁺²(O⁻²H⁺)₂ (гидроксид железа (II))
Cu₂⁺O⁻² (оксид меди (I)), его основание Cu⁺O⁻²H⁺ (гидроксид меди (I))
Cs₂⁺O⁻² (оксид цезия), его основание Cs⁺O⁻²H⁺ (гидроксид цезия)
Кислотные оксиды: соединения неметалла и кислорода
Cl₂⁺⁷O₇⁻² (оксид хлора (VII)), его кислота H⁺Cl⁺⁷O₄⁻² (хлорная кислота)
S⁺⁶O₃⁻² (оксид серы (VI)), его кислота H₂⁺S⁺⁶O₄⁻² (серная кислота)
Про остальное:
H⁺Cl⁻ - хлороводородная кислота (бескислородная, поэтому своего оксида у нее нет)
K⁺O⁻²H⁺ - гидроксид калия, имеет свой основный оксид K₂⁺O⁻² (оксид калия)
H₂O - вода, не относится ни к кислотным, ни к основным, ни к амфотерным оксидам, хоть и проявляет себя как ОЧЕНЬ слабая кислота и ОЧЕНЬ слабое основание
Fe⁺³Cl₃⁻ - соль хлорид железа (III)
Ca⁺²(O⁻²H⁺)₂ - гидроксид кальция, имеет свой основный оксид Ca⁺²O⁻² (оксид кальция)
H₂SO₄ - серная кислота, о ней было выше в кислотных оксидах
δt = 1 ч = 3600 с
i = 0,268 a
v(h2) = 11,2 мл = 11,2*10^(-3) л
f = 965480 кл/моль
сульфат кадмия cdso4 – соль, образованная слабым основанием cd(oh)2 и сильной кислотой h2so4 которая в водном растворе гидролизуется по катиону.
2cdso4 + 2н2о = (cdoh)2so4 + h2so4
cd (2+) + н2о = cdoh(+) + н (+) (ph < 7 – среда кислая)
анодный процесс
при электролизе растворов солей, содержащих в своем составе сульфат-ион so4(2-) на аноде происходит окисление воды с выделением свободного кислорода.
анод (+) 2н2о – 4е = 4н (+) + о2↑ (рн < 7)
катодный процесс.
поскольку кадмий в ряду напряжений стоит после алюминия и до водорода, то на катоде одновременно будут протекать два процесса – восстановление ионов cd(2+) и восстановление ионов водорода н (+) (поскольку среда кислая)
cd(2+) + 2e = cd↓
2h(+) + 2e = h2↑
суммарная реакция на катоде
катод cd(2+) + 2h(+) + 4e = cd + h2↑
тогда процессы окисления – восстановления, протекающие при электролизе раствора сульфата кадмия cdso4
2н2о – 4е = 4н (+) + о2↑ | 1 - окисление
cd(2+) + 2h(+) + 4e = cd + h2↑ | 1 – восстановление
суммарно
cd(2+) + 2h(+) + 2н2о = cd + h2↑ + 4н (+) + о2↑
после подобных
cd(2+) + 2н2о = cd + h2↑ + 2н (+) + о2↑
уравнение реакции в молекулярном виде
cdso4 + 2н2о = cd + h2↑ + н2so4 + о2↑
поскольку на катоде одновременно протекают два процесса – восстановление ионов cd(2+) и восстановление ионов водорода h(+), то суммарное количество электричества, затраченное на восстановление ионов кадмия и водорода, будет равно количеству электричества, прошедшего через электролит.
чтобы найти выход по току для кадмия найдем выход по току для водорода.
эквивалентный объем водорода найдем как эквивалентный объем двухатомного газа при н. у.
vэкв (н2) = vm/(2*z(н2)) = 22,4/(2*1) = 11,2 л
vm = 22,4 л/моль – молярный объем при н. у.
z(н2) = 1 – число связей в молекуле н2
по первому закону фарадея найдем количество электричества, затраченное на восстановление водорода объемом 11,2 мл.
v(h2) = vэкв (н2)*q(h2)/f
q(h2) = v(h2)*f/vэкв (н2) = 11,2*10^(-3)*96480/11,2 = 96,48 кл
суммарное количество электричества, прошедшее через электролит.
q = i*δt = 0,268*3600 = 964,8 кл
количество электричества, затраченное на восстановление ионов кадмия.
q(cd) = q – q(h2) = 964,8 – 96,48 = 868,32 кл
выход по току для кадмия
η(cd) = [q(cd)/q]*100% = [868,32/964,8]*100% = 90%