Решение: Электролиз раствора нитрата серебра
Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 340 г 20%-ного раствора нитрата серебра. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 79,44 г. Вычислите массу 10%-ного раствора хлорида натрия, необходимого для полного осаждения ионов серебра из отобранной порции раствора.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления, указывая единицы измерения искомых физических величин.
Решение по шагам
10 шаговНа катоде восстанавливаются ионы серебра, а на аноде окисляется вода с выделением кислорода:
$$\mathrm{Ag^+ + e^- \rightarrow Ag};\quad \mathrm{2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 + 4H^+}$$Рассчитаем количество вещества кислорода, выделившегося на аноде:
$$n(\mathrm{O_2})=\frac{V(\mathrm{O_2})}{V_m}=\frac{1{,}12\ \mathrm{л}}{22{,}4\ \mathrm{л/моль}}=0{,}050\ \mathrm{моль}$$По уравнениям электродных процессов на образование 1 моль кислорода расходуется 4 моль электронов, а на восстановление 1 моль ионов серебра — 1 моль электронов:
$$n(e^-)=4n(\mathrm{O_2})=4\cdot0{,}050=0{,}200\ \mathrm{моль};\quad n(\mathrm{Ag})=n(\mathrm{Ag^+})_{\text{израсх.}}=0{,}200\ \mathrm{моль}$$Масса нитрата серебра в исходном растворе и его количество вещества равны:
$$m(\mathrm{AgNO_3})=340\cdot0{,}20=68\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{AgNO_3})=\frac{68}{170}=0{,}400\ \mathrm{моль}$$После электролиза в растворе осталось:
$$n(\mathrm{Ag^+})=0{,}400-0{,}200=0{,}200\ \mathrm{моль}$$Масса раствора после электролиза уменьшилась за счёт выделившихся серебра и кислорода:
$$m_{\text{р-ра}}=340-0{,}200\cdot108-0{,}050\cdot32=316{,}8\ \mathrm{г}$$Масса отобранной порции составляет четверть массы всего раствора, поэтому в ней содержится:
$$\frac{79{,}44}{316{,}8}=0{,}25;\quad n(\mathrm{Ag^+})_{\text{порции}}=0{,}200\cdot0{,}25=0{,}050\ \mathrm{моль}$$Ионы серебра осаждаются хлорид-ионами в соответствии с уравнением:
$$\mathrm{AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3}$$Для полного осаждения ионов серебра требуется такое же количество вещества хлорида натрия:
$$n(\mathrm{NaCl})=n(\mathrm{Ag^+})=0{,}050\ \mathrm{моль};\quad m(\mathrm{NaCl})=0{,}050\cdot58{,}5=2{,}925\ \mathrm{г}$$Масса 10%-ного раствора хлорида натрия определяется по массовой доле растворённого вещества:
$$m_{\text{р-ра }\mathrm{NaCl}}=\frac{m(\mathrm{NaCl})}{\omega}=\frac{2{,}925\ \mathrm{г}}{0{,}10}=29{,}25\ \mathrm{г}$$Масса 10%-ного раствора хлорида натрия равна $29{,}25\ \mathrm{г}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что на аноде выделяется нитрат-ион или азот, а не кислород.
Не учитывать уменьшение массы раствора из-за выделения серебра и кислорода.
Использовать всю массу ионов серебра вместо их количества в отобранной порции.
Приравнять массу хлорида натрия к массе его 10%-ного раствора.