Раздел XI. Электрохимические процессы
[1, с.268-286; 2, с.156-173; 3, с.261-300; 4, с.295-317; 5, с.266-305]
Решение типовых задач
Задача 1. Гальванический элемент состоит из никелевого электрода, погруженного в 0,001М раствор NiSO4 и кадмиевого электрода, погруженного в 0,1М раствор CdSO4. Вычислите Э.Д.С. гальванического элемента, составьте схему, напишите уравнения электродных процессов.
Решение. Так как электродные потенциалы металлов не являются стандартными (концентрации ионов металлов не равны 1 моль/л), определим электродные потенциалы по уравнению Нернста:
;
Кадмий в данном случае имеет меньший электродный потенциал и является анодом (А), никель имеет больший электродный потенциал и является катодом (К). Электродвижущая сила элемента:
Е = φ(Ni2+/Ni) - φ(Cd2+/Cd) = -0,337 - (-0,433) = 0,096 В.
Уравнения электродных процессов: А(-) Сd0 - 2e → Cd2+
К(+) Ni2+ + 2e → Ni0.
Схема гальванического элемента: А(-) Сd | CdSO4 || Ni | NiSO4 (+)K.
Задача 2. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите Э.Д.С. гальванического элемента, в котором один хромовый электрод находится в 0,02М растворе, а другой хромовый электрод - в 0,001М растворе Cr2(SO4)3.
Решение. Электродные потенциалы электродов равны:
.
Так как электродный потенциал хрома в 0,001 М растворе меньше, чем в 0,02М растворе, то схема данного гальванического элемента будет следующая: А(-) Сr | 0,001M Cr2(SO4)3 || 0,02M Cr2(SO4)3 | Сr (+)K
Уравнения электродных процессов: А(-) Сr - 3e → Cr3+
К(+) Cr3+ + 3e → Cr
Электродвижущая сила элемента:
Е = φ (0,02М) - φ (0,001М) = -0,744 - (-0,799) = 0,025 В.
Задача 3. Определите массу серебра и объем кислорода, выделившихся на электродах, при электролизе водного раствора нитрата серебра с инертным анодом, если время электролиза 25 мин., а сила тока 3 А. Составьте схему электролиза.
Решение. При электролизе водного раствора AgNO3 на электродах протекают процессы: AgNO3 → Ag+ + NO3–
(-) Катод ← Ag+ NO3– → Анод (+)
H2O
Ag + + e → Ag 2H2O – 4е → O2 + 4H+
На катоде протекает восстановление катионов серебра, на аноде – окисление молекул воды с выделением кислорода. В прианодном пространстве накапливаются ионы NO3– и H+, образуя кислоту HNO3.
Суммарное уравнение электролиза:
4AgNO3 + 2H2O
4Ag + O2
+ 4HNO3
По законам Фарадея масса выделившихся на электродах веществ:
.
Э
квивалентная
масса серебра в AgNO3: 
Масса выделившегося на катоде серебра:
При определении объемов выделившихся газов закон Фарадея имеет вид:
,
где V – объем выделившегося газа, л;
Vэ – эквивалентный объем газа (объем, занимаемый при данных условиях одним эквивалентом газа), л.
Молярная масса кислорода М(О2) = 32 г/моль, эквивалентная масса кислорода Мэ(О2) = 8 г/моль. Эквивалентный объем рассчитываем исходя из следствия закона Авогадро:
22,4 л - 32 г/моль
х л - 8 г/моль
Эквивалентный объем кислорода равен
5,6 л, тогда объем выделившеегося при
электролизе кислорода: 
.
Напишите уравнения электродных процессов, токообразующую реакцию и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух электродов, приведенных в таблице 5. Приведите схематическую запись этого элемента.
Таблица 6
№ задачи |
Электрод |
№ задачи |
Электрод |
||||||
I |
II |
I |
II |
||||||
Металл |
Электролит (концентрация) |
Металл |
Электролит (концентрация) |
Металл |
Электролит (концентрация)
|
Металл |
Электролит (концентрация)
|
||
|
|
Zn |
ZnSO4 (0,01н) |
Ag |
AgNO3 (0,03М) |
|
Mg |
MgSO4 (0,06н) |
Cu |
CuSO4 (0,5н) |
|
|
Mg |
MgSO4 (0,1н) |
Ag |
AgNO3 (0,01н) |
|
Pb |
PbSO4 (0,06н) |
Ag |
AgNO3 (0,1н) |
|
|
Zn |
ZnSO4 (0,05М) |
Cd |
CdSO4 (0,02М) |
|
H2 |
Н2SO4 (0,1М) |
Ag |
AgNO3 (1,0М) |
|
|
Cu |
CuSO4 (0,002н) |
Cu |
CuSO4 (0,25М) |
|
H2 |
Н2SO4 (1М) |
Cd |
CdSO4 (0,1н) |
|
|
Pb |
PbCl2 (0,1М) |
Cu |
CuSO4 (0,8М) |
|
H2 |
Н2SO4 (0,01М) |
Zn |
ZnSO4 (0,01н) |
|
|
Ag |
AgNO3 (0,001М) |
Ag |
AgNO3 (1,5н) |
|
Fe |
FeCl2 (0,02М) |
Ag |
AgNO3 (0,02М) |
|
|
Zn |
ZnSO4 (0,01М) |
Ni |
NiSO4 (0,01н) |
|
Mg |
MgSO4 (2,0н) |
Mg |
MgSO4 (0,01М) |
|
|
Fe |
FeCl2 (0,1н) |
Cu |
CuSO4 (0,15М) |
|
Cu |
CuSO4 (0,2М) |
Ag |
AgNO3 (1,5н) |
|
|
Mn |
MnSO4 (0,02М) |
Ag |
AgNO3 (0,02н) |
|
H2 |
Н2SO4 (0,02М) |
Ag |
AgNO3 (0,01М) |
|
|
Fe |
FeSO4 (0,15М) |
Cr |
CrCl3 (0,2н) |
|
H2 |
Н2SO4 (1,5М) |
Ni |
AgNO3 (0,1М) |
Продолжение табл. 6
№ задачи |
Электрод |
№ задачи |
Электрод |
||||||
I |
II |
I |
II |
||||||
Металл |
Электролит (концентрация) |
Металл |
Электролит (концентрация) |
Металл |
Электролит (концентрация)
|
Металл |
Электролит (концентрация)
|
||
|
|
Mg |
MgSO4 (0,07н) |
Al |
Al2 (SO4)3 (0,2М) |
|
Cu |
CuSO4 (0,025М) |
Fe |
FeCl2 (0,02н) |
|
|
Pb |
PbCl2 (0,025М) |
Mg |
MgSO4 (0,04н) |
|
Pb |
PbCl2 (0,25М) |
Ag |
AgNO3 (0,15М) |
|
|
H2 |
Н2SO4 (0,2М) |
Cr |
CrCl3 (0,02н) |
|
Ag |
AgNO3 (0,065М) |
Mn |
MnSO4 (0,02М) |
|
|
H2 |
Н2SO4 (0,002М) |
Cd |
CdSO4 (0,001М) |
|
Zn |
ZnSO4 (0,07М) |
H2 |
Н2SO4 (0,02н) |
|
|
H2 |
Н2SO4 (0,01М) |
Mg |
MgSO4 (0,01М) |
|
Fe |
FeCl2 (0,04М) |
Fe |
FeCl2 (0,025н) |
|
|
Fe |
FeCl2 (0,5М) |
Al |
Al2 (SO4)3 (0,4М) |
|
Mn |
MnSO4 (0,15М) |
Bi |
Bi(NO3)3 (0,02н) |
|
|
Mg |
MgSO4 (0,45н) |
Cr |
CrCl3 (0,1М) |
|
Fe |
FeCl2 (0,025М) |
Fe |
FeCl2 (0,1М) |
|
|
Cu |
Сu(NO3)2 (0,35М) |
Mg |
MgSO4 (0,01н) |
|
Ni |
NiSO4 (0,005М) |
Cr |
CrCl3 (0,015н) |
|
|
H2 |
Н2SO4 (0,015М) |
Mn |
MnCl2 (0,65М) |
|
Sn |
SnCl2 (0,065М) |
Sn |
SnCl2 (0,8М) |
|
|
H2 |
Н2SO4 (0,4н) |
Fe |
FeCl2 (0,02М) |
|
Zn |
ZnSO4 (0,9М) |
Cu |
Сu(NO3)2 (0,2н) |
|
|
Cu |
CuSO4 (0,02М) |
Ag |
AgNO3 (0,001М) |
|
Mg |
MgSO4 (0,35М) |
Au |
AuCl3 (0,02н) |
|
|
Pb |
Pb(NO3)2 (0,2М) |
Mg |
MgSO4 (0,02н) |
|
Zn |
ZnSO4 (0,01М) |
Fe |
FeCl2 (0,02М) |
|
|
Ag |
AgNO3 (0,6н) |
Al |
Al2 (SO4)3 (0,6н) |
|
Bi |
Bi(NO3)3 (0,8М) |
H2 |
Н2SO4 (0,1М) |
|
|
Zn |
ZnSO4 (0,85М) |
Mn |
MnCl2 (0,02М) |
|
Ag |
AgNO3 (0,55М) |
Cu |
Сu(NO3)2 (1,0М) |
|
|
Fe |
FeCl2 (0,4н) |
Ag |
AgNO3 (0,005М) |
|
Zn |
ZnSO4 (0,5М) |
Al |
Al2 (SO4)3 (2,0н) |
|
|
Mn |
MnSO4 (0,02н) |
Ag |
AgNO3 (0,15М) |
|
Fe |
FeCl2 (0,0001н) |
Cd |
CdSO4 (2,0М) |
|
|
Fe |
FeCl2 (0,03М) |
Cr |
CrCl3 (0,025М) |
|
Mn |
MnSO4 (0,002М) |
Ag |
AgNO3 (0,02М) |
|
|
Ni |
NiSO4 (0,003М) |
Cd |
CdSO4 (0,07М) |
|
Fe |
FeCl2 (0,05М) |
Au |
AuCl3 (5,0М) |
|
|
Sn |
SnCl2 (0,02М) |
Cu |
Сu(NO3)2 (0,55М) |
|
Ni |
NiSO4 (0,075н) |
Cu |
Сu(NO3)2 (3,0н) |
Продолжение табл. 6
№ задачи |
Электрод |
№ задачи |
Электрод |
||||||
I |
II |
I |
II |
||||||
Металл |
Электролит (концентрация) |
Металл |
Электролит (концентрация) |
Металл |
Электролит (концентрация)
|
Металл |
Электролит (концентрация)
|
||
|
|
Zn |
ZnSO4 (0,002М) |
Ag |
AgNO3 (0,001н) |
|
Sn |
SnCl2 (0,004М) |
H2 |
Н2SO4 (2,0М) |
|
|
Mg |
MgSO4 (0,02М) |
Au |
AuCl3 (0,85М) |
|
Zn |
ZnSO4 (0,2М) |
Sn |
SnCl2 (6,0н) |
|
|
Cu |
CuSO4 (0,06М) |
Mn |
MnCl2 (0,01М) |
|
Mg |
MgSO4 (0,8н) |
Mn |
MnCl2 (2,5М) |
|
|
H2 |
Н2SO4 (0,02н) |
Cr |
CrCl3 (0,6М) |
|
Cu |
Сu(NO3)2 (0,005н) |
Ni |
NiSO4 (4,0н) |
|
|
H2 |
Н2SO4 (0,001М) |
Al |
Al2 (SO4)3 (0,9М) |
|
Ag |
AgNO3 (0,95М) |
Mg |
MgSO4 (0,02М) |
|
|
Al |
Al2 (SO4)3 (0,05М) |
Au |
AuCl3 (0,5М) |
|
Zn |
ZnSO4 (0,025М) |
Ag |
AgNO3 (4,5М) |
|
|
Al |
Al2 (SO4)3 (0,045М) |
Ag |
AgNO3 (0,005М) |
|
Fe |
FeCl2 (0,01н) |
Ag |
AgNO3 (3,0М) |
|
|
Cu |
Сu(NO3)2 (0,2М) |
Al |
Al2 (SO4)3 (0,01н) |
|
Ni |
NiSO4 (0,035М) |
Cr |
CrCl3 (0,01н) |
|
|
Pb |
PbCl2 (0,6М) |
Cu |
Сu(NO3)2 (0,75М) |
|
Mn |
MnCl2 (0,02н) |
Cd |
CdSO4 (0,1М) |
|
|
Ag |
AgNO3 (0,15М) |
Cr |
CrCl3 (0,15н) |
|
Au |
AuCl3 (0,9М) |
Cu |
Сu(NO3)2 (0,5н) |
|
|
Ni |
NiSO4 (0,05н) |
Cu |
CuSO4 (0,1М) |
|
Al |
Al2 (SO4)3 (0,01н) |
Cr |
CrCl3 (0,5н) |
|
|
Sn |
SnCl2 (0,02М) |
Cu |
CuSO4 (0,2н) |
|
Al |
Al2 (SO4)3 (0,8М) |
Cd |
CdSO4 (0,5М) |
|
|
Zn |
ZnSO4 (0,02М) |
Fe |
FeCl2 (0,01н) |
|
Zn |
ZnSO4 (0,07н) |
Zn |
ZnSO4 (0,03М) |
|
|
Mg |
MgSO4 (0,001М) |
Cd |
CdSO4 (0,6М) |
|
Mg |
MgSO4 (0,03н) |
Mg |
MgSO4 (0,03М) |
|
|
Zn |
ZnSO4 (0,08М) |
Mn |
MnCl2 (0,5М) |
|
Zn |
ZnSO4 (0,05М) |
Cd |
CdSO4 (0,05н) |
Составьте схему процессов, происходящих при электролизе раствора BaCl2 (электроды инертные).
При электролизе раствора CuSO4 масса медного катода за 2 часа увеличилась на 5 г. Какова сила тока, пропущенного через раствор?
Составьте схему процессов, протекающих на инертных электродах при электролизе раствора Al2(SO4)3.
Какой объём кислорода (н. у.) выделится при пропускании тока силой 4 А в течение 20 минут через раствор KOH?
Составьте схему процессов, протекающих на медных электродах при электролизе раствора K2SO3.
При электролизе соли некоторого металла за 2 часа 24 мин 45 с при силе тока 8 А на катоде выделилось 6,48 г этого металла. Определите эквивалентную массу металла.
Составьте схему процессов, происходящих на инертных электродах при электролизе раствора AgNO3.
Определите объём выделившегося кислорода (н.у.) при электролизе на инертных электродах раствора K2SO4 при пропускании тока силой 5 А в течение 1 часа.
Составьте схему процессов, происходящих на инертных электродах при электролизе водного раствора ZnCl2, если: