Типтік есеп №1

          FeCl₂  балқымасы мен сулы ерітіндісін платина электродтарында электролизге ұшыратқанда қандай өнімдер түзіледі?

Шығарылуы

а) FeCl₂ балқымасында  катиондардың бір түрі (Fe²⁺) және аниондардың бір түрі (Cl^-) бар, электродтарда электролизге солар ұшырайды: Fe²⁺ - иондары катодта тотықсызданады, Cl^- - ионы  анодта тотығады.

Электролиз процесінің сұлбасын жазайық.

         FeCl₂

           (Pt) K (-)               ↓                (+) A (Pt)

         ←  Fe²⁺  +  2Cl^-  →

                (-) K:  Fe²⁺  Fe⁰   2   1

                (+) A: 2Cl^-  Cl₂    2   1

 

              Fe²⁺  +  2Cl^-  Fe  +  Cl₂

                         FeCl₂  Fe  +  Cl₂.

б)  FeCl₂  ерітіндісінде келесі иондар бар:    

FeCl₂  Fe²⁺  +  2Cl^-,

H₂O  H⁺  +  OH^-.

          Fe²⁺-катиондары катодқа бағытталып, су молекулаларымен қатар тотықсызданады, өйткені Fe²⁺-иондары стандарттық электродтық потенциалдың аралық мәнімен сипатталадыа:

-0,828 < E = -0,44 B < 0.

          CI^--аниондары оңай тотығатын иондар болып табылады, яғни су молекулаларымен салыстырғанда электрондарды ұстап қалу қабілеттілігі төменірек болғандықтан анодта разрядталады. Электролиз сұлбасы:

FeCl₂

(Pt) K (-)              ↓                (+)A (Pt)

←  Fe²⁺  +  2Cl^-  →

H₂O

                          (-)K: Fe²⁺   Fe                     2   1

                        2H₂O  H₂↑  +  2OH^-

                          (+)A: 2Cl^-   Cl₂                    4   2

 

2Fe²⁺  +  2H₂O  +  4Cl^-   2Fe  +  H₂↑  +  2Cl₂↑  +  2OH^-

2FeCl₂  +  2H₂   Fe  +  H₂↑  +  2Cl₂↑  +  Fe(OH)₂↓.

 

Жауабы: а)  FeCl₂ балқымасы электролизінің өнімдері: Fe, Cl₂↑.

                          б)  FeCl₂ ерітіндісі электролизінің өнімдері: катодта: Fe, H₂↑,

катодтың маңайында Fe(OH)₂;  анодта: Cl₂↑.

 

 

3 Электролиз заңдары

         

          Электролиз процесінің сандық қатынастары Фарадейдің екі заңына негізделеді.

 

3.1 Электролиздің бірінші заңы

 

          Электродта бөлінген заттың массасы электролит  ерітіндісі немесе балқымасы арқылы өткізілген электр тоғының мөлшеріне тура пропорционал: 

,                                                         (6.1)

          мұнда    – электролиз өнімінің массасы, г;

           – ерітіндіден өткен электр тоғының мөлшері, Кл.

          Ерітіндіден өткен электр тоғының мөлшері ток күшінің I  (ампермен) уақытқа  τ (секундпен) көбейтіндісіне тең болғандықтан:

,                                                      (6.2)

          мұнда  – электрохимиялық эквивалент. Ол электролит арқылы электр тоғының 1 Кл өткізсе электродта бөлінетін зат массасын көрсетеді.

 

3.2 Электролиздің екінші заңы

 

          Әр түрлі электролиттер арқылы электр тоғының бірдей мөлшерін өткізсе, екі әр түрлі электролиттердің электродтарында бөлінетін заттар массалары олардың эквиваленттерінің молярлы массаларына пропорционал болады.

          Тәжірибелік жолмен зат эквивалентінің молярлы массасын ( ) бөліп алу үшін  96500 Кл электр тоғын өткізу қажет екендігі анықталған. Бұл сан  Фарадей саны деп аталады  және  әрпімен белгіленеді.

.                                                     (6.3)

          Электрохимиялық эквиваленттің К_э теңдеуін Фарадей заңының  (6.1) формуласына қойсақ келесі теңдеуді аламыз:

 .                                                     (6.4)

          Фарадей заңдарына сәйкес, электролиз кезінде бөлінетін заттар мөлшері температура мен ерітінді концентрациясына тәуелді емес.  

          Электролиз кезінде бөлінетін зат мөлшері Фарадей заңдары бойынша теориялық есептелгеннен азырақ молшерде бөлінеді. Іс жүзінде өнімнің түзілуіне шығындалатын ерітінді арқылы өткен электр тоғын есепке алу үшін ток бойынша шығым түсінігі енгізіледі.

          Ток бойынша шығымды ( ) электролиздің берілген жағдайында түзілген зат массасының  ( ) Фарадей заңының негізінде теориялық есептелген массасына қатынасына тең ( ):

.                                       (6.5)