Question

При электролизе водного раствора нитрата меди (II) на аноде выделился газ объемом 1,12 л (н. у.). Увеличение массы (г) катода: 1) 1,6; 2) 3,2; 3) 6,4; 4) 12,8.

Answer 1

Дано:

V(O2)= 1,12 л

Δm(Сu) - ?

Решение.

Нитрат меди (ІІ) диссоциирует согласно уравнению:

Сu(NO3)2 ⇄ Cu²⁺ +  2NO₃⁻   (1)

При электролизе водного раствора нитрата меди (ІІ) на инертных электродах протекают следующие процессы:

K(–): Cu²⁺  + e⁻ = Cu;  (2)

А(+): 2H₂O – 4e⁻ = 4H⁺ + O2↑ (3)

Сокращенное ионное уравнение электролиза:

2Cu⁺  + 2H2O = 2Cu + 4H⁺  + O2↑  (4)

Молекулярное уравнение:

2Cu(NO3)₂ + 2H2O = 2Cu + 4HNO3 + O2↑  (5)

Итак, в ходе электролиза раствора нитрата меди (ІІ) на инертных электродах будут выделяться медь (на катоде) и кислород (на аноде).

Увеличение массы катода происходит за счет выделения меди на катоде.

n(O2) = V(O2)/Vm = 1,12 л/22,4 л/моль = 0,05 моль

Из схемы (5) ОВП видно, что n(Cu) = 0,5n(O2)

n(Cu) = 0,5*0,05 моль = 0,025 моль

m(Cu) = n*M = 0,025 моль*64 г/моль = 1,6 г

Ответ: 1) 1,6 г

Answer 2

Для решения этой задачи нам необходимо определить изменение массы катода, исходя из объема выделившегося газа на аноде. Электролиз водного раствора нитрата меди (II) приводит к распаду воды на аноде и редукции катиона меди (Cu2+) на катоде.

Электролиз воды приводит к следующим полуреакциям:

На аноде: 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e-

На катоде: 4H+(aq) + 4e- → 2H2(g)

Таким образом, каждые 4 молекулы электронов (4e-) приводят к образованию 1 молекулы кислорода (O2) и 2 молекулам водорода (H2).

Из условия задачи мы знаем, что объем газа, выделенного на аноде, составляет 1,12 л (нормальные условия, н. у.). При н. у. 1 моль газа занимает объем около 22,71 л. Следовательно, 1,12 л газа составляют примерно 1,12 / 22,71 ≈ 0,049 моль кислорода.

Так как на катоде 4 электрона приводят к образованию 2 молекул водорода, то на катоде должно быть образовано 0,049 моль * 2 = 0,098 моль водорода.

Теперь, чтобы определить изменение массы катода, воспользуемся законом Фарадея, который гласит, что количество вещества, образующегося или расходующегося на электроде, пропорционально затраченному заряду.

Масса вещества на электроде (моль) = (затраченный заряд (кулон) / заряд числа вещества (1 Фарадей))

Масса водорода на катоде = 0,098 моль

Теперь посчитаем затраченный заряд. 1 Фарадей заряда соответствует 96500 кулонам.

Заряд (количество заряда) = 96500 * 0,098 ≈ 9457 кулонов

Теперь, зная заряд и число молей водорода, можем определить массу водорода:

Масса водорода = 0,098 моль * (1 г/моль) = 0,098 г

Итак, увеличение массы катода составит 0,098 г.

Таким образом, правильный ответ: 1) 1,6 г (увеличение массы катода).