195. При электролизе водного раствора хлорида кальция на катоде выделилось 5,6 г газа. Какой газ, и какой массой выделился на аноде?

Для решения этой задачи, сначала необходимо понять, какие процессы происходят при электролизе раствора хлорида кальция ($$CaCl_2$$). На катоде (отрицательный электрод) происходит восстановление, а на аноде (положительный электрод) - окисление. Поскольку раствор водный, то на катоде конкурируют катионы кальция ($$Ca^{2+}$$) и воды ($$H_2O$$). Вода восстанавлиется легче, чем ионы кальция, поэтому на катоде выделяется водород: $$2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-$$ На аноде конкурируют ионы хлора ($$Cl^-$$) и вода ($$H_2O$$). Ионы хлора окисляются легче, чем вода, поэтому на аноде выделяется хлор: $$2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2$$ Таким образом, на катоде выделяется водород ($$H_2$$), а на аноде - хлор ($$Cl_2$$). Теперь рассчитаем, какой газ выделился на катоде. Поскольку известно, что на катоде выделилось 5,6 г газа, и это водород, найдем количество вещества водорода: $$n(H_2) = \frac{m(H_2)}{M(H_2)} = \frac{5.6 \text{ г}}{2 \text{ г/моль}} = 2.8 \text{ моль}$$ Из уравнения реакции на катоде видно, что на каждый моль водорода образуется два моля гидроксид-ионов ($$OH^-$$). Количество вещества электронов, участвующих в реакции на катоде, в два раза больше количества вещества выделившегося водорода: $$n(e^-) = 2 \cdot n(H_2) = 2 \cdot 2.8 \text{ моль} = 5.6 \text{ моль}$$ По закону Фарадея, количество вещества электронов, участвующих в электролизе, одинаково на катоде и на аноде. Значит, через раствор прошло 5.6 моль электронов. Теперь рассчитаем массу хлора, выделившегося на аноде. Из уравнения реакции на аноде видно, что на каждый моль хлора требуется 2 моля электронов. Следовательно, количество вещества хлора в два раза меньше количества вещества электронов: $$n(Cl_2) = \frac{n(e^-)}{2} = \frac{5.6 \text{ моль}}{2} = 2.8 \text{ моль}$$ Теперь найдем массу хлора: $$m(Cl_2) = n(Cl_2) \cdot M(Cl_2) = 2.8 \text{ моль} \cdot 71 \text{ г/моль} = 198.8 \text{ г}$$ Ответ: На аноде выделился хлор массой 198.8 г.