Уравнение диссоциации znso4 в водном растворе

Гидролиз сульфата цинка

ZnSO₄ — соль образованная слабым основанием и сильной кислотой, поэтому реакция гидролиза протекает по катиону.

Первая стадия (ступень) гидролиза

Полное ионное уравнение
2Zn 2+ + 2SO₄ 2- + 2HOH ⇄ 2ZnOH + + SO₄ 2- + 2H + + SO₄ 2-

Сокращенное (краткое) ионное уравнение
Zn 2+ + HOH ⇄ ZnOH + + H +

Вторая стадия (ступень) гидролиза

Полное ионное уравнение
2ZnOH + + SO₄ 2- + 2HOH ⇄ 2Zn(OH)₂ + 2H + + SO₄ 2-

Сокращенное (краткое) ионное уравнение
ZnOH + + HOH ⇄ Zn(OH)₂ + H +

Среда и pH раствора сульфата цинка

В результате гидролиза образовались ионы водорода (H + ), поэтому раствор имеет кислую среду (pH

Расчеты массы веществ и составление уравнений электродных процессов при электролизе растворов электролитов

Расчет массы гидроксида калия, образовавшегося при электролизе раствора фосфата калия

Задача 199.
Сколько граммов KOH образуется у катода при электролизе раствора K₃PO₄ если на аноде выделилось 11,2 л кислорода?
Решение:
Уравнение диссоциации соли:

Стандартный электродный потенциал системы К + + 1ē = К 0 (-2,92 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы К+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов ОН — , приводящее к выделению кислорода:

поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,54 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему: 2Н₂О — 4ē = О₂↑ + 4Н + .

Уравнения электродных процессов:

К(-): 2|(–)2H₂O + 2ē → H₂↑ + 2OH — (в растворе: K⁺, 2OH⁻);
А(+): 1|(+)2H₂O – 4ē → 4H + + O₂↑ (В растворе: 4H + , PO₄ 3- ).

Сложив уравнения электродных процессов на катоде и аноде, получим полное ионно-молекулярное уравнение электролиза соли К₃РО₄:

После приведения равенства получим молекулярное уравнение электролиза:

С учетом того, что диссоциация соли фосфата калия в растворе протекает полностью, запишем молекулярное уравнение реакции её электролиза, получим:

Из уравнения электролиза К₃РО₄ вытекает, что на 1 моль О₂ образуется 3 моль КОН, т.е. n(O₂) = 3n(KOH).

Находим количество выделившегося кислорода, получим:

n(KOH) = 3n(O₂) = 0,5 • 3 = 1,5 моль.

m(KOH) = n(KOH)•M(KOH) = 1,5 • 56 = 84 г.

Ответ: m(KOH) = 84 г.

Расчет количество вещества меди, перешедшего в раствор с анода при электролизе сульфата меди (II)

Задача 200.
При электролизе водного раствора сульфата меди (II) с медным анодом масса катода увеличилась на 3,2 г. Какое количество вещества меди перешло в раствор с анода?
Ответ: 0,05 моль.
Решение:
Уравнение диссоциации сульфата меди:

Стандартный электродный потенциал системы: Cu 2+ + 2ē ⇔ Cu 0 (+0,34 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов меди: Cu 2+ + 2ē ⇔ Cu 0 .
На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди – материала анода, поскольку, отвечающий системе:
Cu 0 — 2ē ⇔ Cu 2+ (+0,34 В) значительно ниже 2SO₄ 2- + 2ē ⇔ S₂O₈ 2- (+2,01 В). Ионы SO₄ 2- , движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Таким образом, на аноде будет происходить растворение меди — материал анода, а на катоде – отложение чистой меди.
Уравнения электродных процессов:

А(+): Cu 0 — 2ē ⇔ Cu 2+
К(-): Cu 2+ + 2ē ⇔ Cu 0

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

2Cu 0 + Cu 2+ = Cu 2+ + Cu 0
анод катод

Таким образом, при электролизе CuSO4 на катоде будет наблюдаться выделение чистой меди, на аноде — растворение медного электрода (медь анода будет переходить в раствор в виде ионов Cu 2+ ). Значит, n_катод(Cu) = n_анод(Cu)

n_катод(Cu) = n_анод(Cu) = m(Cu)/M(Cu) = 3,2/64 = 0,05 моль.

Ответ: 0б5 моль.

Расчет массы металла и объема газа, выделившихся при электролизе раствора соли

Задача 201.
Через растворы NiSO₄ и Pb(NO₃)₂ пропускали одно и то же количество электричества. На одном из катодов выделилось 25,9 г свинца. Сколько граммов никеля выделилось на другом катоде? Какой газ и в каком объеме, измеренном при нормальных условиях, выделился на каждом из электродов?
Решение:
М(Ni) = 58,6934 г/моль;
M(Pb) = 207,2 г/моль;
m(Pb) = 25,9 г;
m(Ni) = ?
V(H₂) = ?
V(O₂) = ?
Для никеля и свинца, как металлов со средней химической активностью, расположенных в ряду активности после алюминия, на катоде происходят одновременно две
реакции – образование водорода и выделение металла.
Так как NiSO₄ и Pb(NO₃)₂ являются кислородсодержащими кислотами, то на аноде будет происходить окисление воды с выделением кислорода.
Схемы электродных процессов электролиза водных растворов солей NiSO₄ и Pb(NO₃)₂ выглядят следующим образом:

Суммарное ионно-молекулярное уравнение:

После приведения членов, получим:

Суммарное молекулярное уравнение:

Суммарное ионно-молекулярное уравнение:

После приведения членов, получим:

Суммарное молекулярное уравнение:

Из суммарных уравнений процессов электролизов солей вытекает, что при электролизе водных растворов NiSO₄ и Pb(NO₃)₂ при пропускании через их растворы одного и того же количества электричества, на катодах будет выделяется метал и водород, на анодах — кислород, в равных количествах.

n(Pb) = n(Ni) = n(H₂) = n(O₂)
n(Pb) = m(Pb)/M(Pb) = 25,9/207,2 = 0,125 моль.

m(Ni) = n(Ni) • M(Ni) = 0,125 • 58,6934 = 7,3 г.
V(H₂) = n(H₂) • Vm = 0,125 • 22,4 = 2,8 л.
V(O₂) = V(H₂) = 2,8 л.

Ответ: m(Ni) = 7,3 г; V(H₂) = 2,8 л; V(O₂) = 2,8 л.

Электролиз раствора гидроксида натрия

Задача 202.
При электролизе водного раствора NaOH, через Pt-электроды пропустили ток, силой 3 А. Напишите уравнения электродных реакций. Рассчитайте объемы газов, выделившихся на электродах за 3 часа (н. у.).
Решение:
Электродные процессы:

на катоде: 2|2Н₂О + 2ē = Н₂↑ + 2ОН − ;
на аноде: 1|2Н₂О — 4ē = О₂↑ + 4Н + .

Суммарное уравнение процесса получим, умножив уравнение на катоде на два и, сложив его с анодным уравнением:

6Н2О = 2Н₂↑ + 4ОН − + О₂↑ + 4Н + .
у катода у анода

При вычислении объёмов выделившихся газов представим уравнение Фарадея в следующем виде:

Здесь V – объём выделившегося газа, л;
m(B) – масса выделившегося вещества, г;
V_Э – эквивалентный объём газа, л/моль;
М_Э(В) – масса эквивалента вещества, г/моль;
I – сила тока, А;
t – время, с;
F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

V(H₂) = 11,2•3•10800/96500 = 3,76 л;
V(О₂) = 5,6•3•10800/96500 = 1,88 л.

Электролиз раствора сульфата цинка

Задача 203.
Какие реакции протекают на электродах при электролизе раствора сульфата цинка: а) с графитовым анодом; б) с цинковым анодом.
Решение:
а) электролиз раствора сульфата цинка с графитовым анодом

1-й вариант электролиза раствора сульфата цинка с графитовым анодом

Для цинка, как металла со средней химической активностью, расположенного в ряду активности после алюминия, на катоде происходят одновременно две
реакции – образование водорода и выделение металла.
Так как ZnSO4 является кислородсодержащей кислотой, то на аноде будет происходить окисление воды с выделением кислорода.
Схемы электродных процессов электролиза раствора ZnSO4 выглядят следующим образом:

ZnSO₄ = Zn 2+ + SO₄ 2- (диссоциация соли)
К(-): 1|Zn 2+ + 2ē = Zn 0
1|2Н₂О + 2ē = Н₂↑ + 2ОН —
А(+): 1|2Н₂О — 4ē = О₂↑ + 4Н +

Суммарное ионно-молекулярное уравнение:

После приведения членов, получим:

Суммарное молекулярное уравнение:

Таким образом, при электролизе раствора сульфата цинка с угольным электродом на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода и металлического цинка, а на аноде будет наблюдаться выделение газообразного кислорода.

Выводы:
1) В случае электролиза водного раствора ZnSO₄ одновременно протекают два процесса:

2-й вариант электролиза раствора сульфата цинка с графитовым анодом

Рассмотрим альтернативное протекание электролиза водного раствора ZnSO₄.
Замечено, что в растворе есть гидроксид-ионы (ОН — ), но в предыдущей записи электродных процессов для них нет противоионов. Следовательно, нужно добавить в раствор (Zn 2+ ). Так как удвоилось количество ионов цинка, необходимо удвоить и количество сульфат-ионов:

К(-): Zn 2+ + 2ē = Zn 0
2Н₂О + 2ē = Н₂↑ + 2ОН —
Zn 2+ (в растворе)
А(+): 2Н₂О — 4ē = О₂↑ + 4Н +
2SO₄ 2- (в растворе)

Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов получим суммарное ионно-молекулярное уравнение:

Zn 2+ + 2H₂O + Zn 2+ + + 2H₂O + 2SO₄ 2- = Zn 0 + Zn 2+ + Н₂↑ + + 2ОН — + О₂↑ + 2SO₄ 2- + 4Н + .

Соединяем катионы и анионы и записываем итоговое уравнение электролиза, получим:

Выводы:
1) В случае электролиза водного раствора ZnSO₄ одновременно протекают два процесса:

Таким образом, при электролизе раствора сульфата цинка с угольным электродом на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода, металлического цинка и гидроксида цинка, а на аноде будет наблюдаться выделение газообразного кислорода.

б) электролиз раствора сульфата цинка с цинковым анодом

На катоде так же как и при электролизе раствора ZnSO₄ с угольным электродом происходят одновременно две реакции – образование водорода и выделение металла, а ионы цинка Zn2+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство).
На аноде будет происходить электрохимическое окисление цинка – материала анода, поскольку, отвечающий системе: Zn 0 + 2ē ⇔ Zn 2+ (-0,76 В) значительно ниже системы:
S₂O₈ 2- +2ē =2SO₄ 2- (+2,01 В).
Сульфат-ионы, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.
Таким образом, на аноде будет происходить растворение цинка — материал анода, а на катоде – выделение газообразного водорода и малорастворимого соединения Zn(OH)₂ [Zn 2+ + 2OH — = Zn(OH)₂].
Уравнения электродных процессов:

К(-): 1|Zn 2+ + 2ē = Zn 0
1|2Н₂О + 2ē = Н₂↑ + 2ОН —
A(+): 2|Zn 0 — 2ē = Zn 2+

Суммарное ионно-молекулярное уравнение:

Zn 2+ + 2H₂O + 2Zn 0 = Zn 0 + Н₂↑ + 2OH — + Zn 2+
у катода у анода

После приведения равенства, получим:

2H₂O + Zn 0 = Н₂↑ + 2OH — + Zn 2+ (ионно-молекулярная форма);
2H₂O + Zn 0 = Н₂↑ + Zn(ОН₂ (молекулярная форма).

Таким образом, при электролизе ZnSO₄ с цинковым анодом на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в осадок выпадает гидроксид цинка, на аноде будет происходить растворение материала анода (цинк).

Электролитическая диссоциация

Электролитической диссоциацией называют процесс, в ходе которого молекулы растворенного вещества распадаются на ионы в результате взаимодействия с растворителем (воды). Диссоциация является обратимым процессом.

Диссоциация обуславливает ионную проводимость растворов электролитов. Чем больше молекул вещества распадается на ионы, тем лучше оно проводит электрический ток и является более сильным электролитом.

В общем виде процесс электролитической диссоциации можно представить так:

KA ⇄ K + (катион) + A — (анион)

Замечу, что сила кислоты определяется способностью отщеплять протон. Чем легче кислота его отщепляет, тем она сильнее.

У HF крайне затруднен процесс диссоциации из-за образования водородных связей между F (самым электроотрицательным элементом) одной молекулы и H другой молекулы.

Ступени диссоциации

Некоторые вещества диссоциируют на ионы не в одну стадию (как NaCl), а ступенчато. Это характерно для многоосновных кислот: H₂SO₄, H₃PO₄.

Посмотрите на ступенчатую диссоциацию ортофосфорной кислоты:

Важно заметить, что концентрация ионов на разных ступенях разная. На первых ступенях ионов всегда много, а до последних доходят не все молекулы. Поэтому в растворе ортофосфорной кислоты концентрация дигидрофосфат-анионов будет больше, чем фосфат-анионов.

Для серной кислоты диссоциация будет выглядеть так:

Для средних солей диссоциация чаще всего происходит в одну ступень:

Из одной молекулы ортофосфата натрия образовалось 4 иона.

Из одной молекулы сульфата калия образовалось 3 иона.

Электролиты и неэлектролиты

Химические вещества отличаются друг от друга по способности проводить электрический ток. Исходя из этой способности, вещества делятся на электролиты и неэлектролиты.

Электролиты — жидкие или твердые вещества, в которых присутствуют ионы, способные перемещаться и проводить электрический ток. Связи в их молекулах обычно ионные или ковалентные сильнополярные.

К ним относятся соли, сильные кислоты и щелочи (растворимые основания).

Степень диссоциации сильных электролитов составляет от 0,3 до 1, что означает 30-100% распад молекул, попавших в раствор, на ионы.

Неэлектролиты — вещества недиссоциирующие в растворах на ионы. В молекулах эти веществ связи ковалентные неполярные или слабополярные.

К неэлектролитам относятся многие органические вещества, слабые кислоты, нерастворимые в воде основания и гидроксид аммония.

Степень их диссоциации до 0 до 0.3, то есть в растворе неэлектролита на ионы распадается до 30% молекул. Они плохо или вообще не проводят электрический ток.

Молекулярное, полное и сокращенное ионные уравнения

Молекулярное уравнение представляет собой запись реакции с использованием молекул. Это те уравнения, к которым мы привыкли и которыми наиболее часто пользуемся. Примеры молекулярных уравнений:

Полные ионные уравнения записываются путем разложения молекул на ионы. Запомните, что нельзя раскладывать на ионы:

• Слабые электролиты (в их числе вода)
• Осадки
• Газы

Сокращенное ионное уравнение записывается путем сокращения одинаковых ионов из левой и правой части. Просто, как в математике — остается только то, что сократить нельзя.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Блиц-опрос по теме Электролитическая диссоциация