Решение типовых задач

Задача 1. В какой последовательности восстанавливаются катионы при электролизе смеси водных растворов сульфатов лития, магния, меди? Ответ обоснуйте.

Решение. В растворе имеются катионы Li⁺, Mg²⁺, Cu²⁺, образовавшиеся в результате диссоциации солей, и молекулы H₂O .

На катоде, прежде всего, разряжаются катионы, процесс восстановления которых характеризуется наиболее положительным электродным потенциалом. Стандартные электродные потенциалы (табл. 5.1)

= – 3,04 В, = – 2,36 В,

= + 0,34 В, = – 0,41В.

Таким образом, первым восстанавливается Cu²⁺, затем H⁺. Ионы Li⁺ и Mg²⁺ из водных растворов не восстанавливаются, т.к. их потенциалы значительно отрицательнее электродного потенциала водородного электрода в нейтральной среде (табл. 5.1).

Задача 2. Составьте уравнения реакций, протекающих на электродах, при электролизе водного раствора сульфата лития в случае инертного анода и анода из меди.

Решение. Анод инертный:

Li₂SO₄ → 2Li⁺ + SO₄^2-

H₂O

Катод (–) Анод (+)

Li⁺ ( = – 3,04 В) H₂O ( = + 0,82 В)

H₂O ( = – 0,41В) SO₄^2– ( = + 2,01 В)

На катоде: 2Н₂О + 2e ^– → H₂ + 2OH‾ , так как этот процесс характери- зуется наименее отрицательным

потенциалом;

На аноде: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^– , так как потенциал данного процесса

имеет наименее положительное

значение.

Анод активный (медный анод):

На катоде происходит тот же процесс, что и в первом случае:

2H₂O + 2e ^– → H₂+ 2OH^–.

На аноде возможно окисление H₂O, SO₄²‾ и Cu⁰. Но так как потенциал окисления меди ( = + 0,34 B) более отрицателен (менее положителен), чем остальные, то реально идет окисление медного анода:

Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e ^–.

Задача 3. Сколько граммов меди выделилось на катоде при электролизе раствора CuSO₄ в течение 1 ч при силе тока 4 А?

Решение. Согласно объединенному закону Фарадея (5.3)

,

где m – масса вещества, выделившегося при электролизе на электроде;

I – сила тока, А;

τ – продолжительность электролиза, с;

M_э – молярная масса эквивалента вещества, моль/л.

Молярная масса эквивалента меди равна молярной массе меди, деленной на число электронов, участвующих в процессе восстановления:

,

I = 4 A, τ = 1∙ 60 ∙ 60 = 3600 с. Подставив значение в формулу, получаем

г.

Масса выделившейся меди равна 4,74 г.

5.3. Коррозия и защита металлов от коррозии Содержание материала для самостоятельного изучения

Классификация коррозионных процессов. Химическая и электрохимическая коррозия. Скорость коррозионных процессов и факторы, влияющие на неё. Методы защиты от коррозии: легирование, электрохимические методы, защитные покрытия, изменение свойств коррозионной среды. Ингибиторы коррозии.

Литература: [1 – гл. 10, §§ 10.1 – 10.4]; [2 – гл. ХVІ, § 196].