200 г 20% раствора средней натриевой соли малеиновой кислоты подвергли электролизу при токе 4.5F. Газы, выделившиеся на катоде и аноде, смешали. Определите плотность полученной газовой смеси по отношению к водороду.

Решение

Дано:

• Масса раствора: $m_{\text{р-ра}}=200$ г.

• Массовая доля соли: $\omega=20\%=0{,}20$.

• Количество пропущенного электричества: $Q=4{,}5F$.

• Найти: $D_{H_2}$ — относительную плотность полученной газовой смеси по водороду.

1. Определим количество вещества соли

Малеиновая кислота — двухосновная непредельная карбоновая кислота, имеющая формулу:

Её средняя натриевая соль — малеат натрия:

Молекулярная формула соли — $\mathrm{C_4H_2O_4Na_2}$.

Молярная масса:

Масса соли в растворе:

Количество вещества соли:

2. Рассмотрим процессы на электродах

При электролизе малеата натрия на аноде происходит реакция Кольбе, сопровождающаяся образованием ацетилена и углекислого газа:

Из уравнения видно, что при разложении 1 моль соли отдаётся 2 моль электронов.

Для разложения 0,25 моль соли потребуется:

При этом образуются:

3. Определим количество выделившегося кислорода

Всего через раствор пропустили $4{,}5F$.

После полного окисления малеат-ионов оставшееся электричество расходуется на выделение кислорода на аноде:

Уравнение анодного процесса:

Для выделения 1 моль кислорода требуется $4F$.

Следовательно:

4. Определим количество выделившегося водорода

На катоде происходит восстановление воды с выделением водорода:

На катоде расходуется всё пропущенное электричество, то есть $4{,}5F$.

Поскольку для образования 1 моль водорода необходимо $2F$, получаем: