159. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке кадмий - никелевого аккумулятора?

Решение:

При зарядке аккумулятора:

А(+): Ni(OH)₂ + OH^- → NiOOH + H₂O + 1  

К(-): Cd(OH)₂ + 2   → Cd + 2OH^-

 

Суммарная реакция:

2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂O

При разрядке аккумулятора:

К(+): NiOOH + H₂O + 1  - → Ni(OH)₂ + OH^-

А(-): Cd + 2OH^- → Cd(OH)₂ + 2  -

Суммарная реакция: 

2NiOOH + Cd + 2H₂O → 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂

180. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН. Чему равна сила тока, если в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г газа? Сколько литров газа (н.у,) выделилось при этом на катоде?

Решение: Стандартный электродный потенциал системы К⁺ +    = К⁰ (-2,92 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы К+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

2Н₂О + 2    = Н₂ + 2ОН^-

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов ОН-, приводящее к выделению кислорода:

4ОН - 4    = О₂ + 2Н₂О,

поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,54 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему 2Н₂О - 4  = О₂ + 4Н⁺.

Силу тока вычисляем из уравнения Фарадея относительно массы газа, имея в виду, что 1 ч  15 мин 20 с = 4520 с и  m(О₂) = 6,4 г, получим:

I = m(О₂)  ^. (F/ М_ЭО₂) ^. t = 6,4 ^. (96500 / 8) ^. 4520 = 17,08 A.

При вычислении объёмов выделившихся газов представим уравнение Фарадея в следующем виде: 

V = V_Э ^. I^. t/F

Здесь m(B) – масса выделившегося вещества, г;  V – объём выделившегося газа, л; m(B) – масса выделившегося вещества, г; V_Э – эквивалентный объём газа, л/моль; М_Э(В) – масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока,  А;  t – время, с; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объём водорода равен 11,2 л/моль, получим:

V(Н₂) = (11,2 ^. 17,08 ^. 5420) / 96500 = 8,96 л

Ответ: V(Н₂) = 17,08 А; 8,96 л.

195. Если опустить в разбавленную серную кислоту пластинку из чистого железа, то выделение на ней водорода идет медленно и со временем почти прекращается. Однако, если цинковой палочкой прикоснуться к железной пластинке, то на последней начинается бурное выделение водорода. Почему? Какой металл при этом растворяется? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

Решение: 

При опускании в раствор разбавленной серной кислоты чистой железной пластинки идёт бурная реакция с выделением водорода, но через некоторое время скорость реакции заметно замедляется, потому что чистое железо окисляется кислородом, растворённым в воде, с образованием оксидной плёнки, которая, покрывая пластинку тонким слоем, пассивирует её. Однако, если цинковой палочкой прикоснуться к железной пластинке, то на последней начинается бурное выделение пузырьков водорода. Происходит это, потому что при контакте цинка с железом образуется гальваническая пара Zn — Fe анодом является цинк, а катодом – железо. Это объясняется тем, что  стандартный электродный потенциал цинка (-0,763 В) значительно электроотрицательнее, чем потенциал железа (-0,44 В). Тогда будут происходить следующие электрохимические процессы коррозии:

Анодный процесс: Zn⁰ -2    = Zn²⁺

Катодный процесс: 2Н⁺ + 2    = Н₂

Водород будет выделяться во внешнюю среду, а ионы цинка Zn²⁺ с ионами кислотного остатка будут образовывать соль, т. е. цинк будет разрушаться с образованием ионов  Zn²⁺. Происходит разрушение цинковой палочки.