возникновение электрического тока. Если схема гальванического элемента собрана неверно, то стрелка гальванометра не отклоняется.
4. Составить схему гальванического элемента. Записать уравнения химических реакций, протекающих на аноде и катоде гальванического элемента, а также суммарное уравнение химической реакции, за счет которой возникает электрический ток.
5. |
Вычислить ЭДС гальванического элемента, используя числовые |
|
значения стандартных электродных потенциалов цинка и меди. |
||
|
б) Изготовлен е концентрационного гальванического элемента |
|
Последовательность выполнения работы: |
||
С |
|
|
1. |
Заполн ть доверху две пробирки раствором сульфата меди: |
|
первую 2 М раствором, вторую 0,02 М раствором CuSO4. |
||
2. |
Проб |
соед нить электролитным мостиком. В каждую |
пробиркуркиопуст ть медные пластинки и соединить их проводом с гальванометром.
3. Состав ть схему концентрационного гальванического элемента. Записать уравнен я х м ческих реакций, протекающих на аноде и катоде гальванического элемента, а также суммарное уравнение химической реакции.
4. |
Вычислить электродные потенциалы, используя числовые |
значения стандартных электродных потенциалов меди. |
|
5. Вычислить ЭДС концентрационного гальванического элемента. |
|
6. |
ОтветитьбАна вопросы: |
-В каком направлении перемещаются электроны во внешней цепи медно-цинкового гальванического элемента?
-Какие ионы и в каком направлении перемещаются в растворе медно-цинкового гальванического элемента?Д
4.3. Электродные процессы, электролизИ
Практическое занятие № 6
Электрохимическими процессами называют процессы взаимного превращения химической и электрической форм энергии.
Электрохимические процессы можно разделить на две основные группы:
1) процессы превращения химической энергии в электрическую (в гальванических элементах);
78
2) процессы превращения электрической энергии в химическую (электролиз).
Простейшая электрохимическая система состоит из двух электродов, соединенных друг с другом металлическим проводником (внешней цепи),
и ионного проводника между ними (растворы или расплавы |
|
электролитов). Электрод, на котором протекает процесс окисления, |
|
С |
|
называется |
анодом. Электрод, на котором протекает процесс |
восстановления, называется катодом.
Электрол зом называют химический процесс, т. е. окислительно-
восстанов тельные |
реакции, |
протекающие |
на электродах, при |
||||
При |
тока |
через |
растворы или расплавы |
||||
прохожден |
электр ческого |
||||||
электрол тов. |
|
|
|
|
|
||
|
электрол зе электрод, соединенный с отрицательным полюсом |
||||||
внешнего |
|
сточн ка постоянного тока, называется катодом (на нем идет |
|||||
(+). |
|
бА |
|||||
восстановлен е), |
соед ненный с положительным полюсом источника тока |
||||||
– анодом (на нем |
дет ок сление). |
|
|
||||
В любом растворяемом в воде электролите под влиянием полярных |
|||||||
молекул |
воды |
ли |
под влиянием |
нагрева |
безводного электролита |
||
наблюдается процесс д ссоциации его молекул на ионы. Поэтому при погружении в электролит электродов, соединенных с источником тока, происходит направленное перемещение ионов: катионов (положительно заряженных ионов) – к катоду, анионов (отрицательно заряженных ионов)
– к аноду. Например, при электролизе раствора или расплава хлорида натрия (NaCl) ионы Na+ перемещаютсяДк катоду (-), а ионы Cl- – к аноду
Различают растворимые и нерастворимые аноды. К нерастворимым анодам относятся аноды, изготовленные из угля, графита или благородных металлов (золота, платины, палладия и т.п.). В этом случае к анодам перемещаются анионы кислотныхИостатков и протекает соответствующий окислительный процесс. Например:
2Cl– – 2ē = 2Cl0 = Cl20↑;
2H2O – 4ē = 4H+ + O2↑.
К растворимым анодам относятся аноды, изготовленные из любых металлов, кроме благородных. В этом случае происходит окисление
(растворение) самого анода:
Ме0 – nē → Меn+.
Например, на медном аноде протекает следующий процесс
Cu0 – 2ē → Cu2+.
Cостав продуктов, полученных при электролизе, определяется порядком восстановления катионов на катоде и анионов на аноде.
79
ряду напряжений правее. Например: |
|
|||
С |
|
|
||
|
Cu2+ + 2ē → Cu0; (φ0Cu+2/Cu = +0,34 B); |
|||
|
|
Fe2+ + 2ē → Fe0; (φ0Fe+2/Fe = –0,44 B); |
||
При электрол |
Al3+ + 3ē → Al0; (φ0Al+3/Al = –1,70 B). |
|||
зе растворов последовательность разряжения ионов на |
||||
имеющие |
|
|||
катоде следующая: |
|
|
|
|
1. Кат оны металлов, стоящие в ряду напряжений правее водорода и |
||||
полож тельные значения |
стандартных электродных |
|||
потенциалов, всегда восстанавливаются из растворов. Например: |
||||
Например: |
образованием |
= +0,799 B). |
||
|
|
Ag3+ + ē → Ag0; (φ0Ag+/Ag |
||
2. Если кат оны металлов занимают в ряду напряжений среднее |
||||
положен е |
(от |
марганца до водорода), то одновременно с |
||
восстановлен |
ем кат |
онов металлов протекает процесс восстановления |
||
молекул воды с |
|
А |
||
|
газоо разного водорода и ионов ОН-. Ионы |
|||
ОН- соединяются |
с |
катионами металла |
с образованием основания. |
|
|
Zn2+ + 2ē → Zn0; (φ0Zn+2/Zn = –0,763B). |
|||
H2O + 2ē → H2↑+ 2OH–; Zn2+ + 2OH– → Zn(ОН)2. |
||||
Катодные процессы при электролизе. Способность положительно |
||||
заряженных ионов восстанавливаться на катоде определяется величиной |
||||
их электродного потенциала φ. Чем больше численное значение величины |
||||
φ, тем легче происходит восстановление. При электролизе расплавов на |
||||
катоде сначала восстанавливаются менее активные катионы, стоящие в |
||||
Наиболее вероятно протеканиеДпервого процесса – восстановления катионов металла.
3. Катионы металлов начала ряда напряжений, расположенные левее марганца, из водных растворов не восстанавливаются; их можно восстановить только из расплавов. Это связано с большим перенапряжением восстановления указанных металлов.
В водных растворах протекает восстановление молекул воды, а ионы металлов соединяются с ионами ОН-.
Например:
2H2O + 2ē → H2↑+ 2OH–; (φ02Н+/Н2 = –0,413 B); |
|
Na+ + 2OH– → 2NaОН. |
И |
Продукты, образующиеся при электролизе на электродах в результате окислительно-восстановительных реакций, называются
первичными продуктами электролиза. Продукты, образующиеся в растворе у электродов в результате вторичных реакций соединения,
называются вторичными продуктами электролиза.
80
Катодный процесс (–) |
Анодный процесс (+) |
Zn2+ + 2ē → Zn0; |
2H2O – 4ē → O2↑+ 4H+; |
2H2O + 2ē → H2↑+ 2OH–; |
4H+ + 2SО42– → H2SO4. |
Zn2+ + 2OH– → Zn(OH)2.
Сокислительно-восстанов тельных потенциалов, можно приближённо порядок ок сления анионов на аноде.
В приведенных примерах вторичными продуктами электролиза
являются основания Zn(ОН)2 и NaОН.
Анодные процессы при электролизе. На аноде в первую очередь окисляются отр цательно заряженные ионы, которые имеют наименьшее значение электродного потенциала. Пользуясь рядом стандартных
В первую очередь окисляются анионы бескислородных кислот (S2-, I–, Br–, Cl–, CN–), за сключением иона фтора. Например:
|
|
|
|
S2– – 2ē → S0; (φ0S2-/S = +0,48 B). |
||
|
|
Во вторую очередь окисляются молекулы воды: |
||||
установить |
|
|
||||
|
|
|
2H2O – 4ē → O2↑+ 4H+; |
(φ02Н2O/4Н++O2 = –1,23 B). |
||
|
|
Ан оны к слородсодержащих кислот при электролизе водных |
||||
растворов участвуют во вторичных процессах соединения с ионами |
||||||
водорода. Например: |
|
|
||||
|
|
|
|
SО42– + 2Н+ → Н2SО4. |
||
|
|
Анионы кислородсодержащих кислот при электролизе расплавов |
||||
окисляются с образованием кислорода и соответствующего оксида. |
||||||
Например: |
бА |
|||||
|
|
|
|
2SО42–– 4ē → O2↑+ 2SО3; |
||
|
|
|
|
4РО43–– 12ē → 3O2↑+ 2Р2О5; |
||
|
|
|
|
2СО32–– 4ē → O2↑+ 2СО2. |
||
|
|
В третью очередь окисляются анионы OH–: |
||||
|
|
|
|
– |
Д |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
4OH – 4ē → O2↑+ Н2О. |
||
|
|
Рассмотрим примеры различных случаев электролиза. |
||||
|
|
1. Электролиз раствора хлорида меди с нерастворимым анодом. |
||||
|
|
|
|
CuCl2 ↔ Cu2+ + 2Cl–: |
||
Катодный процесс (–) |
|
Анодный процесс (+) |
||||
Cu |
2+ |
|
0 |
. |
|
– И0 |
|
+ 2ē → Cu |
|
2Cl – 2ē → Cl2 ↑. |
|||
2. Электролиз раствора сульфата цинка с нерастворимым анодом. ZnSO4 ↔ Zn2+ + SО42–.
В данном примере вторичными продуктами электролиза являются: образовавшаяся у анода серная кислота и у катода гидроксид цинка. Цинк и кислород, образовавшиеся на электродах, являются первичными продуктами электролиза.
81
Катодный процесс (–) |
Анодный процесс (+) |
|
Zn2+ |
+ 2ē → Zn0; |
2H2O – 4ē → O2↑+ 4H+; |
2H2O + 2ē → H2↑+ 2OH–; |
H+ + 2SО42– → H2SO4. |
|
Zn2+ |
+ 2OH– → Zn(OH)2. |
|
3. Электролиз раствора хлорида натрия с нерастворимым анодом.
С |
NaCl ↔ Na+ + Cl–: |
||||
|
|||||
Катодный процесс (–) |
|
|
|
Анодный процесс (+) |
|
2H2O + 2ē → H2↑+ 2OH–; |
|
|
|
2Cl– – 2ē → Cl20↑. |
|
2Na+ + 2OH– → 2NaOH. |
|
|
|
|
|
В пр ведённом |
|
|
первичными |
продуктами электролиза |
|
примере |
|
|
|
||
являются газы – водород |
|
хлор, вторичными – гидроксид натрия, |
|||
образовавш йся у катода. |
|
|
|
|
|
4. Электрол з раствора сульфата натрия с нерастворимым анодом. |
|||||
|
Na2SO4 |
↔ 2Na+ + SО42–: |
|||
бА |
|||||
Катодный процесс (–) |
|
|
|
Анодный процесс (+) |
|
2H2O + 2ē → H2↑+ 2OH–; |
|
|
|
2H2O – 4ē → O2↑+ 4H+; |
|
2Na+ + 2OH– → 2NaOH. |
|
|
|
4H+ + 2SО42– → H2SO4. |
|
В данном случае, как и при электролизе кислородсодержащих |
|||||
кислот и щелочей, о разуются два первичных (водород и кислород) и два |
|||||
вторичных (щелочь и кислота) продукта. |
|
||||
5. Электролиз расплава хлорида натрия: |
|
||||
|
NaCl ↔ Na+ + Cl–: |
||||
Катодный процесс (–) |
|
|
|
нодный процесс (+) |
|
Na+ + ē → Na0. |
|
|
|
2Cl– – 2ē → Cl20↑. |
|
В приведённом примере |
|
первичными |
продуктами электролиза |
||
являются газ – хлор и металл – натрий. Вторичных продуктов нет. |
|||||
6. Электролиз расплава сульфата натрия. |
|
||||
|
Na2SO4 |
И |
|||
|
↔ 2Na+ + SО42–: |
||||
Катодный процесс (–) |
|
|
ДАнодный процесс (+) |
||
Na+ + ē → Na0. |
|
|
|
2SО42–– 4ē → O2↑+ 2SО3. |
|
В данном случае образуются 3 первичных продукта [натрий, |
|||||
кислород и оксид серы (VI)], вторичных продуктов нет. |
|||||
7. Примером применения электролиза раствора с растворимым |
|||||
анодом служит рафинирование металлов, т.е. |
очистка их от примесей. |
||||
Пример рафинирования меди с примесями Zn, Sn, Ag: электролитом служит раствор соли меди, анодом – медь, загрязненная примесями, катодом – графит или пластинка из чистой меди. Прилагаемое из внешнего источника напряжение не превышает стандартный электродный
потенциал меди ( 0,4 В).
CuCl2 ↔ Cu2+ + 2Cl–:
82
Катодный процесс (–) |
Анодный процесс (+) |
Cu2+ + 2ē → Cu0. |
Zn0 – 2ē → Zn2+; |
|
Sn0 – 2ē → Sn2+; |
|
Cu0 – 2ē → Cu2+. |
Медь растворяется и окисляется на аноде и восстанавливается и |
|
осаждается на катоде. |
|
С |
величина используемого напряжения |
Для растворения серебра |
|
недостаточна, поэтому оно в нейтральном состоянии остается на дне электрол зера в в де рыхлого осадка (в шламе). Методом электролиза производ тся покрыт е одного металла другим (гальваностегия) и
электролит |
покрытия |
на |
неметаллические |
|
наносятся |
металл ческие |
|||
полупроводн ковые подложки (гальванопластика). |
|
|||
Течен |
перв чных анодных и катодных |
реакций подчиняется |
||
законам, установленным английским ученым М. Фарадеем (1834 г.).
1. Кол чество вещества m, образующегося под действием электрического тока, пропорционально количеству электричества,
прошедшему через |
q. |
|
m = k∙q; |
|
q = I∙t, |
где I – сила тока, А; t – время пропускания тока, с; |
|
|
|
|
m = k∙I∙t, |
|
|
||||||
k – коэффициент пропорциональности, равный количеству вещества, |
|||||||||||
выделяемому при прохождении 1 Кл электричества (электрохимический |
|||||||||||
эквивалент). |
|
|
|
Д |
|||||||
2. МассыбАразличных веществ, выделенных одним и тем же |
|||||||||||
количеством электричества, пропорциональны их химическим |
|||||||||||
эквивалентам. |
|
|
m1 |
|
|
|
Э1 , |
И |
|||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
m2 |
Э2 |
|||||||
где m – масса веществ; Э – эквивалентная масса веществ. |
|||||||||||
Для выделения одного эквивалента вещества требуется пропустить |
|||||||||||
через электролит одно и то же |
количество |
электричества, равное |
|||||||||
округленно 96 500 Кл (число Фарадея). |
|
|
|||||||||
Из пропорции |
Э |
|
|
k |
|
можно |
|
определить величину |
|||
96500 |
|
|
|
||||||||
1 |
|
|
|||||||||
электрохимического эквивалента |
Э |
|
|
|
|||||||
|
k |
|
. |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
96 500 |
|
|
|
|||||
Для расчета массы вещества m, выделившейся на электроде, используют математическое выражение обобщенного закона Фарадея:
83
m Э It. 96 500
Это уравнение широко используется в количественных расчетах процессов при электролизе.
При практическом проведении электролиза всегда некоторая часть электрической энергии затрачивается на побочные процессы и теряется вследствие недостаточно хороших контактов. Важной характеристикой рентабельности установки для проведения электролиза является величина выхода по току η, %.
С |
|
mпрак |
100 |
|
mпрак 96 |
500 |
100, |
|||
mтеор |
|
ЭIt |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
фактически |
выделенного вещества; |
|||||||
где |
mпрак |
– кол чество |
||||||||
mтеор – кол чество вещества, которое должно было выделиться в |
||||||||||
соответств |
с законом Фарадея. |
|
|
|
|
|
||||
|
На процесс электролиза оказывает существенное влияние величина |
|||||||||
плотноститока, т.е. с ла тока, приходящаяся на единицу рабочей |
||||||||||
поверхности электрода. О ычно плотность тока Iпл выражают в А/см2 или |
||||||||||
в А/дм2. |
|
|
|
|
|
I , |
|
|
||
|
|
|
|
|
I |
пл |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
где S – площадь поверхности электрода. |
|
|
||||||||
|
|
бА |
||||||||
|
|
1. Схемы процессов, происходящие при электролизе |
||||||||
|
|
|
расплавов и водных растворов солей |
|||||||
|
|
|
|
|
Задача 4-5 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Д |
|||||
|
Какие процессы происходят при электролизе расплавов и водных |
|||||||||
растворов солей? Записать схемы реакций на аноде, катоде и суммарное |
||||||||||
уравнение процессов электролиза. В табл. 4.6 для каждого варианта |
||||||||||
приведена химическая формула соли. |
|
|
И |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2. Расчеты, основанные на законе Фарадея
Задача 4-6
Какая масса вещества выделится на катоде и какой объем газа выделится на аноде при электролизе водного раствора соли? В табл. 4.7
84
для каждого варианта приведены: химическая формула соли, сила тока и время проведения электролиза.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.6 |
||
|
|
|
|
|
|
Исходные данные для задачи 4-5 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
Соль |
Номер |
|
|
Соль |
|
|
|||||
|
|
Номер |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
варианта |
|
|
|
|
варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
CaCl2 , CuSO4 |
11 |
|
SrCl2 , Fe(NO3)3 |
|
|
|||
|
|
2 |
|
|
NiCl2 , KNO3 |
12 |
|
|
CaSO4 , MnCl2 |
|
|
||
|
|
3 |
|
|
|
FeSO4 , KCl |
13 |
|
|
CaBr2 , ZnSO4 |
|
|
|
|
|
и |
14 |
|
Mg(NO3)2, MnSO4 |
|
|
||||||
4 |
|
|
Ca3(PO4)2 , AlCl3 |
|
|
|
|||||||
|
|
5 |
|
|
CaSO4 , AgNO3 |
15 |
|
SnCl2 , Al(NO3)3 |
|
|
|||
|
|
6 |
|
|
Zn(NO3)2 , BaCl2 |
16 |
|
AlCl3 , Ba(NO3)2 |
|
|
|||
|
|
7 |
|
|
Na2SO4 , NiCl2 |
17 |
|
|
CrCl3 , Na3PO4 |
|
|
||
|
|
8 |
|
|
|
CrCl3 , NaBr |
18 |
|
|
SnBr2 , Na2SO4 |
|
|
|
9 |
|
б |
19 |
|
|
Ni SO4, AgNO3 |
|
|
|||||
|
|
СdCl2, Рt(NO3)2 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
10 |
|
|
|
MnCl2, КBr |
20 |
|
|
AlCl3, СuSo4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
Таблица 4.7 |
||||||
|
|
|
|
|
Исходные данные для решения задачи 4-6 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Вариант |
|
|
Соль |
|
Сила тока I, |
|
Время t |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
|
|
Nа2SО4 |
|
2,4 |
|
|
5 мин 45 с |
|||||
|
2 |
|
|
СuSO4 |
|
Д |
|
||||||
|
|
|
|
2,2 |
|
|
2 ч 50 мин |
|
|||||
|
3 |
|
|
ZnCl2 |
|
2,8 |
|
|
5 мин 32 с |
|
|||
|
4 |
|
|
|
КСl |
|
1,7 |
|
|
39 мин 28 с |
|
||
|
5 |
|
|
СdCl2 |
|
3,6 |
|
|
42 мин 17 с |
|
|||
|
6 |
|
|
МgCl2 |
|
3,2 |
|
|
1 ч 30 мин |
|
|||
|
7 |
|
|
СuSO4 |
|
0,4 |
И |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
2 ч 40 мин |
|
||||||
|
8 |
|
|
СuSO4 |
|
0,2 |
|
|
1 ч 25 мин |
|
|||
|
9 |
|
|
NaCl |
|
10 |
|
|
6 ч 20 мин |
|
|||
|
10 |
|
|
СdSO4 |
|
0,2 |
|
|
25 мин 56 с |
|
|||
|
11 |
|
|
Zn SO4 |
|
5,1 |
|
|
3 ч 20 мин |
|
|||
|
12 |
|
|
Ni SO4 |
|
4,2 |
|
|
59 мин 3 с |
|
|||
|
13 |
|
|
NiCl2 |
|
0,9 |
|
|
1 ч 57 мин |
|
|||
|
14 |
|
|
СuCl2 |
|
1,9 |
|
|
37 мин 17 с |
|
|||
|
15 |
|
|
К2SО4 |
|
12 |
|
|
4 мин 30 с |
|
|||
|
16 |
|
|
СdCl2 |
|
0,7 |
|
|
4 ч 15 мин |
|
|||
|
17 |
|
|
АlCl3 |
|
9,2 |
|
|
27 мин 5 c |
|
|||
|
18 |
|
|
РtCl2 |
|
1,4 |
|
|
3 ч 40 с |
|
|||
|
19 |
|
|
ZnCl2 |
|
7,1 |
|
|
1 ч 27 мин |
|
|||
|
20 |
|
|
Nа2SО4 |
|
3,2 |
|
|
52 мин 27 с |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
85 |
|
|
|
|
|
П р и м е р
Сколько граммов меди выделится на катоде и какой объем газа при стандартных условиях выделится на аноде при пропускании тока в 4 А через раствор медного купороса в течение 18 мин?
Решение примера
Вычисляем эквивалентную массу меди, выделившуюся на катоде.
выделившегося |
m |
|
ЭСu |
|
It; |
|
|
|
|
||||||||||||||||
96 500 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
M u |
|
63,54 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31,77 41080 |
|
||||||||
Э |
|
|
31,77 г/моль; |
m |
|
1,422 г. |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
СCu |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cu |
|
|
96 500 |
|
|
||||||
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
На |
аноде |
|
удет |
выделяться |
кислород. |
Вычисляем массу |
|||||||||||||||||||
|
бА |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
к |
слорода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ЭO I t |
8 4 1080 |
0,3581 г; |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
m |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
96 500 |
|
|
96500 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
|
16 |
8 г/моль. |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Объем кислорода находим из уравнения Д.И. Менделеева. |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
mO |
R T |
|
0,3581 8,313 298 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
V |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,000274 м3 |
||||
|
|
|
MO p |
|
|
|
32 101325 |
||||||||||||||||||
|
|
O2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или |
VO 0,274 дм3 |
274 см3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение задачи 4-6:
1. |
Записываем уравнение электролитической диссоциации cоли, |
|
уравнения реакций на аноде и наДкатоде, а также суммарное уравнение |
||
электролиза. |
|
|
2. |
Вычисляем массу вещества, выделившегося на катоде. |
|
3. |
Вычисляем массу газа, выделившегося на аноде. |
|
4. |
Находим |
объем газа, выделившегося на аноде из уравнения |
Д.И.Менделеева. |
И |
|
Задачи для |
самостоятельного решения по этому виду расчетов |
|
4-16…4-22. |
|
|
86
Лабораторная работа № 7
Электролиз водных растворов солей
а) Электролиз водного раствора сульфата натрия с инертным анодом
СПоследовательность выполнения работы:
1. Опуст ть в стакан с раствором сульфата натрия угольные электроды. В раствор капнуть 4–6 капель лакмуса. Соединить угольные
Составитьэлектроды с клеммами сточника постоянного тока.
2. Наблюдать зменение окраски раствора. Определить наличие кислотности среды в катодном и анодном пространстве, которую подтверждает окраска лакмуса.
3. Зап сатьбАуравнен я реакций, происходящих вкатодном и анодном пространстве. Установ ть, какой газ выделяется на катоде и аноде.
суммарное уравнение электролиза раствора сульфата натрия.
б) Электрол з раствора сульфата меди с активным анодом Последовательность выполнения работы:
1.Опустить в стакан с раствором сульфата меди угольный и медный (медную пластинку) электроды. Электроды соединить с клеммами источника постоянного тока.
2.Через некоторое время после вынимания электродов наблюдать на угольном электроде красный налёт дисперсной меди.
3.Записать уравнения реакций, происходящих в катодном и анодном пространстве, а также суммарное уравнение электролиза.
4.Электроды поменять местами. Медный электрод сделать катодом,
аугольный – анодом. Наблюдать выделение газа на графитовом аноде после исчезновения медного налета.
5.Записать уравнения реакций, происходящих в катодном и анодном
пространстве, после того как электроды поменяли местами. Составить суммарное уравнение электролиза раствора сульфата натрия.И
Задачи для самостоятельного решения 4
4-7. В сосуд для измерения электропроводности помещены круглые платиновые электроды диаметром 1,28 см, расстояние между электродами 1,68 см. Сосуд заполнен 0,01 н. раствором NaNO3. При напряжении в 0,5 В
87
через данный раствор проходит ток силой 1,17 мА. Вычислить удельную и эквивалентную электропроводность раствора NaNO3.
Ответ: 9,781·10-4 Ом-1·см-1; 97,81 Ом-1·моль-1·см2.
4-8. В сосуд для измерения электропроводности помещены круглые платиновые электроды диаметром 1,28 см, расстояние между электродами 1,68 см. В сосуд налит 0,05 н. раствор AgNO3. При напряжении в 0,5 В через данный раствор проходит ток силой 5,95 мА. Вычислить удельную и эквивалентную электропроводность раствора.
Ответ: 4,974·10-3 Ом-1·см-1; 99,48 Ом-1·моль-1·см2.
4-9. опрот влен е раствора Na2SO4 в электролитическом сосуде
валериановой |
|
|||
2,86 Ом. Выч сл ть удельную электропроводность раствора, если |
||||
площадь электродов 5,38 см2, а расстояние между ними 0,82 см. |
||||
С |
-1 |
-1 |
|
|
Ответ: 0,05328 Ом ·см |
. |
|
||
4-10. При 18ºС солютные скорости катиона и аниона валериановой |
||||
кислоты |
( 4Н9СООН) соответственно равны |
3,242∙10-3 и 2,662∙10-4 |
||
см2/(с∙В). |
Найти |
значение эквивалентной |
электропроводности |
|
Ответ:бА30,2.
к слоты при есконечно большом разбавлении. Ответ: 338,6 Ом-1·моль-1·см2.
4-11. При 18ºС эквивалентная электропроводность раствора
пропиламина С3Н7NH3OH при разведении в 64 дм3 равна 35,4 Ом-1см2. Константа диссоциации пропиламина 4,7∙10-4. Вычислить значение подвижности катиона.
4-12. При 25ºС константаДэлектролитической диссоциации монохлоруксусной кислоты равна 1,40∙10-3, а ее эквивалентная электропроводность при разведении в 32 дм3 – 77,2 Ом-1см2. Вычислить
значение эквивалентной электропроводности при бесконечном разведении.
4-14. Константа электролитической Идиссоциации ортоборной кислоты по первой ступени при 25ºС равна 5,8∙10-10. Вычислить степень электролитической диссоциации при разведении в 24 дм3.
Ответ: 364,8 Ом-1·моль-1·см2.
4-13. Константа электролитической диссоциации азотистой кислоты
при 12,5ºС равна 4,6∙10-4. Вычислить степень электролитической диссоциации 0,05 н. раствора.
Ответ: 0,096%.
Ответ: 0,012%.
4-15. Эквивалентная электропроводность при 25 ºС для раствора уксусной кислоты при разведении в 32 дм3 равна 8,2 Ом-1·моль-1·см2. Вычислить константу электролитической диссоциации кислоты.
Ответ: 1,75·10 -5.
88
4-16. При 25ºС при разбавлении в 64 дм3 удельная электропроводность масляной кислоты С3Н7СООН – 1,812∙10-4 Ом-1·см-1. Вычислить степень электролитической диссоциации, концентрацию ионов водорода и константу электролитической диссоциации. Подвижность иона С3Н7СОО- равна 40,3.
Ответ: 3,26 %; 5,09·10-4 |
моль/ дм3; 1,70·10-5. |
С |
|
4-17. Абсолютные скорости ионов серебра и хлора соответственно равны 5,7∙10-4 и 6,9∙10-4 см2/(с∙В). Вычислить эквивалентную электропроводность бесконечно разбавленного раствора хлорида серебра.
Ответ: 121,6 Ом-1·моль-1·см2.
йодида |
|
|
||
4-18. Ток вел ч ной в 2,2 А проходит через раствор медного |
||||
купороса в течен е 2 ч. Какова масса выделившейся меди? |
||||
Ответ: 5,216 г. |
|
|
|
|
4-19. Через раствор |
ария пропускают ток 18 мин силой в |
|||
б |
||||
5,2 А. Как е реакц |
протекают на электродах? Какие вещества и в каком |
|||
количестве выделятся на электродах? |
|
|||
Ответ: 0,059 г |
|
7,386 г. |
|
|
4-20. Сколько граммов KOН образуется при электролизе раствора |
||||
|
|
А |
||
КС1, если на аноде выделилось 10,85 дм3 |
хлора, объем которого измерен |
|||
при 22 ºС и 99975 Па? |
|
|
|
|
Ответ: 49,65 г. |
|
|
|
|
4-21. Ток в 4,8 |
|
выделяет из раствора платиновой соли 1,517 г |
||
платины в течение 10 мин 25 с. Вычислить эквивалентную массу платины. |
||||
Ответ: 48,79 г/моль. |
Д |
|||
4-22. Сколько времени надо производить электролиз 20 см3 0,15 н. |
||||
раствора сульфата кадмия током в 0,2 |
для полного выделения кадмия, |
|||
если выход по току составляет 93%? |
|
И |
|
Ответ: 25 мин 56 с. |
|
|
|
4-23. При рафинировке меди ток в 50 А выделяет за 4 ч 224 г меди. |
|||
Какой выход по току? |
|
|
|
Ответ: 94,43%. |
|
|
|
4-24. Вычислить время, необходимое для получения электролизом |
|||
1 т алюминия при величине тока в 20 000 А и выходе по току 80%. |
|||
Ответ: 186,3 ч. |
|
|
|
4-25. Вычислить при 25 ºС электродвижущую силу гальванического |
|||
элемента |
|
|
|
Tl |
TlNO3 |
CuSO4 |
Cu |
|
0,2 н. |
0,1 М |
|
|
|
|
|
89
Кажущуюся степень диссоциации CuSO4 принять равной 40%, a T1NO3
–8 %.
Ответ:0,681В.
4-26. Вычислить при 25 ºС электродвижущую силу элемента, образованного никелевым электродом, погруженным в 0,05 М раствор NiSO4, и медным электродом, погруженным в 0,02 М раствор CuSО4, считая диссоциацию солей полной.
Ответ: 0,558 В.
4-27. Как е процессы будут происходить на катоде и аноде
гальванического элемента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
С |
Al |
|
|
Соль Al |
|
|
|
|
AgNO3 |
|
|
|
Ag |
|
||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
0,01 М |
|
|
|
|
|
0,2 M |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Какая |
ЭДС этого элемента при 25 ºС, если считать, что соли |
|||||||||||||||
диссоци рованы нацело? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
иОтвет: 2,457 В. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4-28. Выч сл ть ЭДС гальванического элемента при 25 °С. |
||||||||||||||||
|
Cd |
Cd (NO3)2 |
|
|
|
|
gNO3 |
Ag |
|
|||||||
|
|
0,005М |
|
|
|
|
|
0,02 н. |
|
|
|
|
|
|||
будет |
|
|
||||||||||||||
Степень электролитической диссоциации для каждой соли принять |
||||||||||||||||
равной единице. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 1,169 В. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4-29. |
Электродвижущая |
|
сила |
гальванического |
элемента, |
|||||||||||
составленного из насыщенногоАкаломельного электрода и хингидронного |
||||||||||||||||
электрода, заполненного исследуемым раствором при 18ºС, равна 0,360 В. |
||||||||||||||||
Вычислить водородный показатель исследуемого раствора. |
|
|||||||||||||||
Ответ: 1,48. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4-30. |
Электродвижущая |
|
сила |
гальванического |
элемента, |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Д |
||||||||||
составленного из насыщенного каломельного электрода и водородного, |
||||||||||||||||
заполненного исследуемым раствором, при 18ºС равна 0,830 В. Вычислить |
||||||||||||||||
водородный показатель исследуемого раствора. |
|
|||||||||||||||
Ответ: 10,01. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4-31. ЭДС элемента, |
составленного из насыщенного каломельного |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
электрода и водородного, заполненного исследуемым раствором, равна |
||||||||||||||||
0,2528 В при 18 ºС. |
Вычислить водородный показатель исследуемого |
|||||||||||||||
раствора.
Ответ: 0,24.
4-32. Вычислить водородный показатель, если ЭДС гальванического элемента, составленного из нормального каломельного электрода и
90
водородного, опущенного в исследуемый раствор, составляет 0,297 В при
25 ºС.
Ответ: 0,24.
4-33. При 25 ºС нормальный каломельный электрод соединен с водородным электродом, погруженным в раствор, водородный показатель которого 1,28. Вычислить ЭДС гальванического элемента.
ЭДСОтвет: 0,358.
4-34. При 25 ºС нормальный каломельный электрод соединен с водородным, погруженным в раствор, водородный показатель которого
1,36. Выч сл ть гальванического элемента.
силаОтвет: 0,363 В.
Вопросы задания к коллоквиуму № 4
2.ДайтебАопределение удельной электропроводности раствора. Какова зав с мость удельной электропроводности раствора от концентрации (для растворов сильных и слабых электролитов) и от температуры?
3.Дайте определение эквивалентной электрической проводимости
раствора. Что такое предельная эквивалентная электрическая проводимость? Сформулируйте законыДКольрауша.
4.Дайте определения скорости движения ионов, подвижности ионов, числам переноса.
5.Охарактеризуйте электрохимические системы. Какой состав они имеют? какие электродные процессы протекают в них?
6.Какие катодные и анодные процессы протекаютИпри электролизе? Сформулируйте законы Фарадея.
7.Запишите уравнение Нернста, выражающее зависимость ЭДС гальванического элемента от активностей компонентов электродных реакций.
8.Электроды первого, второго и третьего рода. Приведите и проанализируйте уравнения, выражающие зависимость электродных потенциалов от активностей компонентов электродных реакций для электродов различных типов. Что представляют собой стандартные электроды?
9.Какой состав химических и концентрационных гальванических элементов? Какие гальванические цепи называются цепями без переноса и
спереносом?
91