5.3. Электролиз

Задание 163

Электролиз водного раствора вещества X проводили с угольными электродами катодного и анодного процессов. Вычислите массы веществ, выделившихся на катоде и на аноде. Определите объем выделившихся газообразных веществ (н.у.).

Номер задачи	X	I, A	τ
163	NaOH	25,0	30 мин

Решение

Электролиз - физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.

Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами - проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом - отрицательный. Положительные ионы - катионы движутся к катоду, отрицательные ионы - анионы движутся к аноду.

Анодный процесс – это электрохимический процесс, в результате которого происходит окисление ионов раствора расплава электролита, материала электрода с переходом соответствующих ионов в электролит или образование на аноде новой фазы оксидов, нерастворимых солей и т. п.

Катодный процесс – это электрохимический процесс, в результате которого восстанавливаются ионы электролита, в т.ч. с выделением на катоде металлов, или восстановлением ионов в составе компонентов электрода.

катод (-): |2

анод (+): |1

По законам Фарадея масса восстановленного на катоде водорода:

,

где ,

I – сила тока, А;

τ – продолжительность электролиза, с;

F – константа Фарадея, 96 500 Кл.

Масса выделившегося на аноде кислорода:

где

Объем, занимаемый газом при н.у., определяется по формуле:

,

где n – количество газа, моль;

m – масса газа, г;

M – молярная масса газа, г/моль;

V₀ – объем одного моль газа при н.у, равный 22,4 л.

Для водорода

Для кислорода

5.4. Коррозия и защита металлов

Задание 181

Какие коррозионные процессы могут протекать при контакте двух металлов? Составьте уравнения анодного и катодного процессов и результирующее (суммарное) уравнение процесса коррозии в заданных условиях. Если коррозия невозможна, то объясните, почему?

Номер задачи	Металлы	Среда
181	Cu, Fe	а) раствор HCl
		б) влажный воздух

Решение

Коррозия - самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

Анодный процесс – это электрохимический процесс, в результате которого происходит окисление ионов раствора расплава электролита, материала электрода с переходом соответствующих ионов в электролит или образование на аноде новой фазы оксидов, нерастворимых солей и т. п.

Катодный процесс – это электрохимический процесс, в результате которого восстанавливаются ионы электролита, в т.ч. с выделением на катоде металлов, или восстановлением ионов в составе компонентов электрода.

а) раствор

Коррозия возможна, так как потенциал окислителя больше потенциала восстановителя (E_окисл > E_восст). Окисляться, т.е. корродировать, будет железо, т.к. имеет меньший электродный потенциал:

( = –0,44В < =+0,34В).

Окислителем является водород H⁺.

Уравнения процессов:

катод (-): |2

анод (+): |1

б) влажный воздух

Коррозия возможна, так как потенциал окислителя больше потенциала восстановителя (E_окисл > E_восст). Окисляться, т.е. корродировать, будет железо, т.к. имеет меньший электродный потенциал:

( = –0,44В < =+0,34В).

Окислителем является кислород О⁺.

Уравнения процессов:

катод (-): |2

анод (+): |1

17