B-8. feladat
Hány amperóra elektromos töltés kell az elektrolízis során ahhoz, hogy
a) 1000g egységnyi molalitású Cr2(SO4)3-oldat 0,100 molalitásúvá híguljon?
b) 100g egységnyi molalitású CuCl2-oldat 0,500 molalitásúvá legyen?
c) 1000g 0,10 molalitású Na2SO4-oldat 1,00 molalitásúvá töményedjen?
d) Mennyi króm és oxigén (a), réz és klór(b), hidrogén és oxigén (c)válik le, s hány százalék lesz az a) oldat kénsav-tartalma?
Megoldás
a)
Az 1,00 molalitású Cr2(SO4)3-oldat 1392 g oldatban tartalmaz 1 mol (392 g) krómszulfátot, 1000g oldatban 0,718 mólt, 718 g víz mellett. A 0,100 molalitású oldat 1039,2 g oldatban tartalmaz 0,1 mol (39,2 g) krómszulfátot.
Az elektrolízis egyenlete(a d)-ben írtak alapján):
Cr2(SO4)3 + 3H2O | 6F | > 2Cr + 1,5O2 + 3H2SO4 |
Tegyük fel, hogy levált 2n mol Cr és mellette 1,5n oxigén, maradt (0,718-n) mol
Cr2(SO4)3, eltűnt 3n mol víz, és képződött 3n mol kénsav.
Az oldatban maradt (718-3n · 18) = (718 – 54n) g víz és (0,718 - n) mol krómszulfát, arányuk 1000/0,1 = 104.
Tehát
718 - 54n | = 10000, |
0,718 - n |
s ebből n = 0,65 . Levált 2n = 1,3 mol, vagyis 67,2g Cr, és 1,5n = 0,975 mol oxigén, ami 23,9 (st) liter O2. A fenti mennyiséghez 3 · 1,3mol töltés kell, tehát Q = 3,9F = 104,5Ah. Az oldatban 3n = 1,95 mol, vagyis 191,1 g kénsav képződött, az oldat össztömege 98,8g-mal csökkent, tehát 19110/901,2 = 21,2% (m) a kénsav-tartalom.
b)
Az egységnyi molalitású CuCl2-oldat 1134,5g-jában 1 molCuCl2 van, 100g-ban0,088mol CuCl2 88,1 g vízben. Az elektrolízis egyenlete
CuCl2 | 2F | > Cu + Cl2 |
(itt a víz - elvileg - nem bomlik, csak réz és klór távozik az oldatból).
A 0,50 molalitású oldatban 88,1 g víz mellett 0,044 mol CuCl2 van, tehát kivált 0,088 - 0,044 = 0,044 mol CuCl2 bomlásával 0,044 mol (2,79 g) réz és 0,044 mol (1,078 l) klór. A művelethez kétszerennyi mól töltés kell, azaz 0,088F, ami 2,36 Ah.
c)
A 0,100 molalitású Na2SO4-oldat 1014,2 g-jában van 0,1 mol, 1000 g-jában 0,0986mol, 986 g vízben. Az elektrolízis során csak a víz bomlik
H2O | 2F | > H2 + 0,5O2 |
A 0,0986 mol nátriumszulfát mellett tehát 98,6 g víznek kell maradnia, hogy 1,0 molalitású legyen. 986 - 98,6 = 887,4 g víznek, azaz 49,3 mol víznek kell elbomlania.