3.6. Примеры решения задач и задания

3.6.1. Совместный разряд ионов металла и водорода

В условиях электролиза последовательность и кинетика выделения элементов определяются не только величиной равновесного потенциала, но и величиной поляризации электродов, которая может быть существенно различна для конкурирующих реакций. Их скорости находят из условия равенства под током потенциалов осаждаемого металла и водорода:

E^o_Meⁿ⁺_/Me+ lnC_мeⁿ⁺+_Me=E^o_H⁺_/H+ lnC_н⁺+_H(Me), (3.63)

где _ме - поляризация при выделении металла;

_н(Ме) - поляризация при выделении водорода на Ме.

Пример

Рассчитать выход по току цинка при 30°С при электролизе раствора, содержащего 1 мольл^-1ZnSО₄, 1 мольл^-1 Н₂SО₄, если E^o_Zn²⁺/_Zn= -0,763 В, i_o,_Zn=1,110^-3 Асм^-2 ,  = 0,25, перенапряжение выделения водорода на цинке _H(Zn),B=-(1,24+0,12lgi_H).

Решение

По параметрам электрохимической кинетики (i_o,) находим зависимость поляризации цинкового катода от плотности тока, идущего на осаждение цинка (i_Zn):

b = (-2,3 8,314 303)/(0,25 2 96484) = -0,12, a =-blgi_о=О0,355;

_Zn,B=-(0,355 + 0,12 lgi_zn). Подставляем соответствующие величины в уравнение (3.63):

-0,763 + 0 - 0,355 - 0,12 lg i_zn = 0 + 0 - 1,24 - 0,121gi_H,

0,12 lg ( )=0,122, lg ( )- 1,015, ( ) =10,3 ,

_т= = 0,915.

Выход по току цинка составит 91,5%.

Индивидуальные контрольные задания

При 30°С рассчитать выход цинка по току при электролизе раствора, содержащего ZnSJ₄, Н₂S0₄, если E^o_Zn²⁺/_Zn = -0,763 В; i_o,_zn =1,110^-3 А/см²,  = =0,25, перенапряжение выделения водорода _H(Zn),В= -(1,24 + 0,12 lgi_H). Концентрацию в растворе ZnSJ₄, г/л, взять численно соответствующей 10-кратному номеру студента в журнале академической группы, концентрацию серной кислоты, мольл^-1, принять равной для групп 1 - 0,1, П - 0,01, Ш - 0,001.

3.7. Контрольные вопросы

1.Сущность процесса электролиза.

2.Принцип устройства электролизера.

3.Что представляют собой активные электроды? Пример.

4.Что представляют собой пассивные электроды? Пример.

5.Формулировка первого закона Фарадея.

6.Сущность понятия "электрохимический эквивалент".

7.Формулировка второго закона Фарадея.

8.Напряжение разложения, методы его расчета и определения.

9.Обратная ЭДС. Методы ее расчета и определения.

10.Составляющие рабочего напряжения электролизера.

11.Выход по току и его определение.

12.Удельный расход электроэнергии, его определение.

13.Выход по электроэнергии. Его определение.

14.Уравнение перенапряжения для катодной гомогенной о.в. реакции.

15.Природа и величина перенапряжения выделения водорода на ртутном катоде/

16.Природа и величина перенапряжения выделения водорода на платине.

17.Влияние перенапряжения на кристаллизацию твердых фаз.

18.Условия формирования мелкокристаллических, неориентированных осадков.

19.Принципы подбора ПАВ.

20.Термодинамическая оценка совместного разряда ионов.

21.Совместный разряд ионов при электрохимической поляризации.

22.Оценка совместного разряда по поляризационным кривым.

23.Уравнение перенапряжения для анодной окислительно-восстановительной реакции.

24.Пример анодного процесса с образованием твердой фазы.

25.Перенапряжение анодного выделения кислорода.

26.Сущность анодного эффекта.

27.Сущность явления солевой пассивации.

28.Сущность явления окисной пассивации.

29.Особенности анодного растворения сплавов.