Задача 2.

В вариантах 21 - 30

• Запишите ионный состав водного раствора электролита … (табл. 5, ст.3) и составьте уравнения катодных и анодных процессов, протекающих при гальванопокрытии стального изделия металлом … (ст. 1) с анодом из … (ст. 5)

• Определите время, необходимое для нанесения гальванопокрытия … (ст. 1) толщиной …(ст. 2) на 1м² стальной поверхности в рекомендуемом электролите … (ст. 3) при плотности тока … (ст. 4) и выходе по току осаждаемого металла … (ст. 7).

• Укажите, будет ли и как меняться реакция среды у анода и катода в процессе нанесения гальванопокрытия.

• Покажите приблизительный ход поляризационных кривых при электролизе.

Таблица 5

№ п/п	Осаждаемый металл	Толщина покрытия, δ, мкм	Основа электролита	Плотность тока i, А·м-2	Материал анода	Плотность металла, ρ, г/см3	Выход по току, Вт
	1	2	3	4	5	6	7
28	кобальт	2	CoSO4	10	кобальт	8,79	0,70

В среде электролита присутствуют ионы кобальта, водорода, а так же гидроксид и сульфат ионы :

CoSO₄→Со²⁺+SO₄^-2

H₂O↔H⁺+OH^-

Запишем потенциалы разряда частиц, присутствующих в растворе. На катоде могут разряжаться иона цинка и водорода.

Видно, что значение потенциала разряда ионов водорода и ионов цинка близки, следовательно в данном электролизере на катоде будет происходить восстановление ионов кобальта и водорода.

На аноде могут разряжаться гидроксид и может происходить растворение металла анода . Сульфат ионы не окисляются Запишем их потенциалы. В нейтральной среде

Как видно из приведенных значений потенциал кобальтового анода значительно более электроотрицательный, чем потенциалы разряда гидроксид ионов , следовательно будет растворятся анод.

Уравнения анодных и катодных реакций:

A(Со) Со-2e=Со²⁺ K(Fe) : Со²⁺+2e=Со

2H⁺+2e=H₂

Для определения времени нанесения покрытия воспользуемся первым законом Фарадея:

Э- эквивалентная масса выделившегося вещества,

1. Сила тока, А

F – постоянная Фарадея, 96500 Кл/моль

t- время электролиза

η – выход по току

z- число электронов, принимающих участие в электродном процессе.

Определим массу необходимого кобальта . Зная площадь пластины и толщину слоя кобальта можно найти объем, а зная плотность – массу.

V=δ*S=2*10-6 м*1м2=2*10-6 м3

m(Со)=V*ρ=8,79*10³ кг/м³*2*10^-6 м³=1,76*10^-2 кг или 17,6 г

Плотность тока рассчитывается по формуле:

Теперь определяем время нанесения покрытия:

В процессе электролиза среда около анода меняться не будет, т.к водород и гидроксид- ионы не участвуют в анодном процессе. У катода будет происходить увеличение рН среду, т.к в ходе катодной реакции используются ионы водорода, т.е их количество будет уменьшаться.

Ход поляризационных кривых можно изобразить следующим образом: