Решение химических задач
на закон Фарадея в курсе
средней школы

Авторская разработка

Условия задач см. в № 5/2005

ОТВЕТЫ И РЕШЕНИЯ

(окончание)

16. Дано:

CuCl₂ (расплав),
t = 50 мин,
I = 10,5 А,
HNO₃ (р-р).

Найти:

V(NO).

Решение

Электролиз расплава хлорида меди(II) можно представить следующей схемой:

В процессе электролиза катион меди принимает два электрона, превращаясь в атом. По закону Фарадея:

m = M•I•t/(z•F),

m(Cu) = 64•10,5•3000/(2•96 485) = 10,45 г.

Найдем объем оксида азота(II), который выделится при взаимодействии данной массы меди с разбавленной азотной кислотой:

х = 10,45•44,8/192 = 2,44 л.

Ответ. V(NO) = 2,44 л.

17. Ответ. t = 2642 c = 44 мин.

18. Дано:

Ni(NO₃)₂ (р-р),
I = 15 А,
m(H₂SO₄) = 200 г,
(H₂SO₄) = 35%.

Найти: t.

Решение

Найдем массу безводной серной кислоты:

m(безв. H₂SO₄) = 200•35/100 = 70 г.

Найдем массу никеля, необходимого для полного взаимодействия с 70 г кислоты:

х = 70•59/98 = 42,14 г.

Электролиз раствора нитрата никеля можно представить следующей схемой:

В процессе электролиза катион никеля принимает два электрона, превращаясь в атом. Согласно закону Фарадея:

t = m•z•F/(М•I),

t = 42,14•2•96 485/(59•15) = 9188,4 с = 153 мин.

Ответ. t = 9188,4 с = 153 мин.

19. Дано:

КCl (расплав),
t = 80 мин,
I = 18 А;
NaCl (расплав),
t = 30 мин,
I = 20 А;
m(Н₂О) = 1 кг.

Найти:

(КОН),
(NaОН).

Решение

Электролиз расплава хлорида калия можно представить следующей схемой:

В процессе электролиза катион калия принимает один электрон, превращаясь в атом. Находим массу калия по закону Фарадея:

m = M•I•t/(z•F),

m(К) = 39•18•4800/(1•96 485) = 34,9 г.

Взаимодействие калия с водой можно выразить следующим уравнением реакции:

х = 34,9•112/78 = 50 г, y = 34,9•2/78 = 0,9 г.

Учитывая, что электролиз расплава хлорида натрия протекает аналогично, сходный расчет осуществим и для этой соли:

m(Na) = 23•20•1800/(1•96 485) = 8,6 г.

Взаимодействие натрия с водой можно выразить следующим уравнением реакции:

х = 8,6•80/46 = 15 г, y = 8,6•2/46 = 0,4 г.

Найдем общую массу раствора, содержащего щелочи:

m(р-ра) = 1000 + 34,9 + 8,6 – 0,9 – 0,4 = 1042,2 г.

(КОН) = 50•100/1042,2 = 4,8%.

(NaОН) = 15•100/1042,2 = 1,44%.

Ответ. (КОН) = 4,8%, (NaОН) = 1,44%.

20. Дано:

MgCl₂ (расплав),
t = 200 мин,
I = 10 А,
V(H₂SO₄) = 1,5 л,
(H₂SO₄) = 25%,
(р-ра H₂SO₄) = 1,178 г/мл.

Найти:

(MgSO₄).

Решение

Электролиз расплава хлорида магния(II) можно представить следующей схемой:

В процессе электролиза катион магния принимает два электрона, превращаясь в атом. По закону Фарадея:

m = M•I•t/(z•F),

m(Mg) = 24•10•12 000/(2•96 485) = 14,93 г.

Найдем массу раствора серной кислоты:

m(р-ра H₂SO₄) = •V = 1,178•1500 = 1767 г.

Найдем массу серной кислоты (безводной):

m(безв. H₂SO₄) = 25•1767/100 = 441,75 г.

Найдем массу магния:

х₁ = 24•441,75/98 = 108,2 г.

Поскольку магний дан в недостатке, то расчет ведем по нему:

m(MgSO₄) = х = 120•14,93/24 = 74,65 г.

y = 14,93•2/24 = 1,24 г.

m(р-ра) = 1767 + 14,93 – 1,24 = 1780,69 г.

(MgSO₄) = 74,65•100/1780,69 = 4,2%.

Ответ. (MgSO₄) = 4,2%.

21. Ответ. (ZnSO₄) = 7,73%.

22. Дано:

FeCl₃ (расплав),
I = 11 А,
t = 70 мин,
m(р-ра CuSO₄) = 300 г,
(CuSO₄) = 18%.

Найти:

m(Cu).

Решение

Электролиз расплава хлорида железа(III) можно представить следующей схемой:

В процессе электролиза катион железа принимает три электрона, превращаясь в атом. По закону Фарадея:

m = M•I•t/(z•F),

m(Fe) = 56•11•4200/(3•96 485) = 8,94 г.

Найдем массу сульфата меди(II) в пересчете на безводное вещество:

m(безв. CuSO₄) = 18•300/100 = 54 г.

Найдем массу меди по уравнению реакции железа с сульфатом меди(II):

Для этого найдем, какое из исходных веществ дано в избытке, а какое в недостатке:

х₁ = 160•8,94/56 = 25,54 г.

Поскольку сульфат меди(II) дан в избытке, то расчет ведем по железу:

х = 64•8,94/56 = 10,22 г.

Ответ. m(Cu) = 10,22 г.

23. Ответ. V(H₂) = 10,66 л, (H₂) = 0,48 моль.

24. Ответ. m(15%-го р-ра HCl) = 181,67 г.

25. Дано:

MgCl₂ (расплав),
t = 35 мин,
I = 22 А.

Найти:

V(О₂),
V(воздуха).

Решение

Электролиз расплава хлорида магния(II) можно представить следующей схемой:

В процессе электролиза катион магния принимает два электрона, превращаясь в атом. По закону Фарадея:

m = M•I•t/(z•F),

m(Mg) = 24•22•2100/(2•96 485) = 5,75 г.

Найдем объем кислорода, необходимый для сжигания данной массы магния:

х = 5,75•22,4/48 = 2,68 л – объем кислорода.

Зная, что в воздухе на кислород приходится примерно 21%, найдем объем воздуха:

V(воздуха)= 2,68•100/21 = 12,76 л.

Ответ. V(О₂) = 2,68 л, V(воздуха) = 12,76 л.

ЛИТЕРАТУРА

Кемпбел Дж. Современная общая химия. В 3 т. Пер. с англ. М.: Мир, 1975;
Перельман В.И. Краткий справочник химика. М.; Л.: Химия, 1964;
Бурдун Г.Д. Справочник по международной системе единиц. М.: Изд-во стандартов, 1972;
Фичини Ж., Ламброзо-Бадер Н., Дезепе Ж.-К. Основы физической химии. Пер. с франц. М.: Мир, 1972;
Жуковицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия. 2-е изд. М.: Металлургия, 1969;
Орир Дж. Популярная физика. Пер. с англ. М.: Мир, 1964;
Слейбо У., Персонс Т. Общая химия. Пер. с англ. М.: Мир, 1979;
Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Задачи по химии для поступающих в вузы. М.: Высшая школа, 1995;
Химия. Справочные материалы. Под ред. В.Шретера и др. М.: Химия, 1989;
Химия. Справочные материалы. Под ред. Ю.Д.Третьякова. М.: Просвещение, 1989;
Кушнарев А.А. Учимся решать задачи по химии. М.: Школа-Пресс, 1996;
Гузей Л.С., Кузнецов В.Н., Гузей А.С. Общая химия. М.: Изд-во МГУ, 1999;
Бабков А.В., Попков В.А. Общая и неорганическая химия. М.: Изд-во МГУ, 1998;
Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1988;
Справочник по химии. Сост. П.П.Коржев. М.: Просвещение, 1954;
Эмсли Дж. Элементы. М.: Мир, 1993.

В.А.ДЕМИДОВ,
учитель химии
Синегорской средней школы
(с. Синегорье, Нагорский р-н, Кировская обл.)