Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая химия. Часть I. Учебное пособие для самостоятельной подготовки студентов
.pdf
151
6. При электролизе водного раствора SnСℓ2 , на аноде выделилось 4,48 л
Sn/Sn
2
2
H/H2
катод (–)
анод (+)
Sn2+ + 2ē = Snº
(выделение олова происходит вследствие того, что
Sn/Sn
2
= –0,136 В; >
2
H/H2
= –0,41 В)
(рН = 7)
2Сℓ– – 2ē = Сℓ2
n
M
M
C
C
2
2
Э
2
CM
2
71
M
2
CЭ
хлора (условия нормальные). Какое вещество и в каком количестве выделилось на катоде?
= –0,136 В;
= –0,41 В (рН = 7).
Решение
В водном растворе соль SnСℓ2 диссоциирует на ионы
SnСℓ2 = Sn2+ + 2Сℓ–
При электролизе водного раствора SnСℓ2 происходят процессы:
Согласно закона эквивалентов, сколько моль-эквивалентов Сℓ2 образовалось у анода, столько же моль-эквивалентов олова образуется на катоде.
Находим величину 1 моль-эквивалента Сℓ2 :
(23),
где
– молярная масса хлора, г;
n – количество электронов, отдаваемых Сℓ––ионами в окислительно-
восстановительной реакции 2ē:
= 35,5 г/моль.
1 моль Сℓ2 при нормальных условиях занимает объем 22,4 л (согласно
следствия из закона Авогадро):
Следовательно,
71 г Сℓ2 – 22,4 л (н. у.);
152
35,5 г Сℓ2 – х.
71
5,354,22
2,11
48,41
n
A
M
Sn
SnЭ
1
2
119
1
4,05,59
2
4
х =
= 11,2 л/моль.
Определяем, сколько моль-эквивалентов составляют 4,48 л Сℓ2 (н. у.):
11,2 л Сℓ2 – 1МЭ;
4,48 л Сℓ2 – у.
у =
= 0,4 МЭ
Следовательно, и 0,4 МЭ Sn выделится на катоде.
Находим, чему равен 1 моль-эквивалент олова:
(23),
где АSn – атомная масса олова, г;
n – количество электронов, принимаемых ионами Sn2+ в окислительно-
восстановительной реакции 2ē
1М
=
Э(Sn)
Далее определяем, сколько граммов составляют 0,4 М
1М
– 59,5 г/моль;
Э(Sn)
= 59,5 г/моль.
Э(Sn)
:
0,4 МЭ – Z.
Z =
= 23,8 г Sn.
7. В судостроении широко применяют защитные кадмиевые покрытия
изделий. Рассчитайте, сколько кулонов электричества потребуется для реализации процесса электролиза раствора СdSО4 , если масса кадмиевого анода
должна уменьшаться при этом на 10,5 кг. Составьте схему электролиза.
Решение
В водном растворе СdSО4 диссоциирует на ионы Сd2+ и SО
:
153
СdSО4 = Сd2+ + SО
2
4
катод (–)
(защищаемое изделие)
анод (+)
(кадмиевый электрод)
Сd2+ + 2ē = Сd
Сd – 2ē = Сd2+
F
IM
Э
n
A
2
112
F
IM
CdЭ
.
При проведении электролиза водного раствора соли СdSО4 с кадмиевым
анодом происходят процессы:
Согласно закона эквивалентов, сколько моль-эквивалентов кадмия выде-
лится на катоде, столько же моль-эквивалентов кадмия перейдет в раствор
в виде Сd2+–ионов у анода.
Масса веществ (m, г) подвергшихся электролизу вычисляется по форму-
ле (30):
m (г) =
,
где МЭ – молярная масса электрохимического эквивалента вещества, г;
I – сила тока, А;
τ – время электролиза, с;
F – число Фарадея, равное 96500 кулонам.
Молярная масса электрохимического эквивалента кадмия равняется:
М
=
Э (Cd)
(23),
где А – атомная масса кадмия г;
n – количество электронов, принятых ионами Сd2+ 2ē
М
Э (Cd)
=
= 56 г/моль.
Количество электричества Q, которое затрачено на проведение электро-
лиза равняется произведению силы тока I на время электролиза τ:
Q = Iτ.
mСd (г) =
или
154
Q = Iτ =
56
10500 96500
CdЭ
Cd
M
Fm
катод (–)
анод (+)
Аℓ3+ + 3ē = Аℓ
(восстановление ионов Аℓ3+ )
2Сℓ– – 2ē = Сℓ2
(окисление Сℓ––ионов)
Следовательно, необходимо затратить 18093750 кулонов электричества.
8. Какие анодные и катодные процессы должны протекать при электролизе расплавленного АℓСℓ3 ?
Решение
В состоянии расплава соль АℓСℓ3 диссоциирует на ионы Аℓ3+ и Сℓ– :
АℓСℓ3 = Аℓ3+ + 3Сℓ– .
При пропускании через расплав АℓСℓ3 постоянного электрического тока
протекают процессы:
9. Какие анодные и катодные процессы должны протекать при электролизе водного раствора АℓСℓ3 :
а) если анод графитовый;
б) если анод алюминиевый.
Решение
= 18093750 кл.
В водном растворе соль АℓСℓ3 диссоциирует на ионы Аℓ3+ и Сℓ– :
АℓСℓ3 = Аℓ3+ + 3Сℓ– .
При электролизе водного раствора АℓСℓ3 протекают процессы:
155
а) анод графитовый
катод (–)
анод (+)
2Н2О + 2ē = Н2 + 2ОН–
(восстановление молекул Н2О)
2Сℓ– – 2ē = Сℓ2
(окисление Сℓ––ионов)
катод (–)
анод (+)
2Н2О + 2ē = Н2 + 2ОН–
(восстановление молекул Н2О)
Аℓ – 3ē = Аℓ3+
(окисление Аℓ)
B7,2
Na/Na
3
3
катод (–)
анод (+)
2Н2О + 2ē = Н2 + 2ОН–
(восстановление Н2О)
2Н2О – 4ē = О2 + 4Н+
(окисление Н2О)
2
4
2
3
3
б) анод алюминиевый
10. В каком случае при электролизе водных растворов солей не происходит выделение металла: AgNO3, CuSO4, FeSO4, NaNO3 ?
Решение
Металл не выделяется на катоде только при электролизе водного раство-
ра соли NaNO3 , поскольку Na имеет очень низкий электродный потенциал
.
В водном растворе NaNO3 диссоциирует на ионы Na+ и NO
NaNO3 = Na+ + NO
При электролизе:
11. Какой из указанных анионов окисляется в растворе на инертном аноде:
SO
, CO
, NO
:
.
, OH–, Br– ?
156
Решение
B09,1
Br2/Br
2
B23,1
OH/H4O
22
катод (–)
анод (+)
2Н2О + 2ē = Н2 + 2ОН–
(восстановление Н2О)
2Br– – 2ē = Br2
(окисление Br––ионов)
0
Ag/Ag
0
Fe/Fe
2
0
Cu/Cu
2
0
Bi/Bi
3
Sn/Sn
2
0
Ag/Ag
0
Cu/Cu
2
0
Bi/Bi
3
На инертном аноде будут окисляется только Br––ионы
, поскольку стандартные электродные потенциалы других
анионов намного выше, чем стандартный электродный потенциал окисления
Н2О.
.
В водном растворе соль NaВr, взятая в качестве примера, диссоциирует
на ионы Na+ и Вr– : NaВr = Na+ + Вr.
При электролизе с инертным анодом:
12. В какой последовательности должны разряжаться на катоде ионы
Ag+ , Fe2+ , Cu2+ , Bi3+ , Sn2+ ?
Решение
Выпишем значения стандартных электродных потенциалов металлов:
= +0,80 B;
= +0,34 B;
= –0,44 B;
= +0,215 B;
= –0,136 В.
В первую очередь на катоде должны разряжаться (восстанавливаться)
катионы металла, имеющие наибольший стандартный электродный потенциал. Затем должны разряжаться катионы металлов согласно уменьшения значений их стандартных электродных потенциалов. Последовательность разрядки катионов следующая:
I. Ag+ + 1ē = Ag; (
II. Cu2+ + 2ē = Cu; (
III. Bi3+ + 3ē = Bi; (
= +0,80 B);
= +0,34 B);
= +0,215 B);
157
IV. Sn2+ + 2ē = Sn; (
Sn/Sn
2
0
Fe/Fe
2
2
4
2
4
катод (–)
анод (+)
2Н2О + 2ē = Н2 + 2ОН–
(восстановление Н2О)
2Н2О – 4ē = О2 + 4Н+
(окисление Н2О)
Ni/Ni
2
0
Cu/Cu
2
Au/Au
3
2
4
2
4
= –0,136 В);
V. Fe2+ + 2ē = Fe; (
= –0,44 B).
13. При электролизе водного раствора сульфата калия значение рН раствора в приэлектродном пространстве возросло. К какому полюсу источника
тока присоединен электрод?
Решение
В водном растворе К2SO4 диссоциирует на ионы К+ и SO
К2SO4 = 2К+ + SO
.
:
При электролизе соли К2SO4 будут протекать процессы:
Гидроксид-ионы (ОН– ), повышающие водородный показатель рН, обра-
зуются при восстановлении Н2О на катоде (–). Следовательно, данный электрод был присоединен к отрицательному полюсу источника тока.
14. При электролизе водного раствора сульфата никеля на аноде протекает процесс:
2Н2О – 4ē = О2 + 4Н+ .
Из какого материала сделан анод: из никеля, из меди, из золота?
Решение
Выпишем значения стандартных электродных потенциалов металлов:
В водном растворе соль NiSO4 диссоциирует на ионы Ni2+ и SO
NiSO4 = Ni2+ + SO
= –0,25 В;
= +0,34 B;
= +1,50 В.
:
.
158
При электролизе с инертным анодом будут протекать процессы:
катод (–)
анод (+)
Ni2+ + 2ē = Ni
(восстановление ионов Ni2+ )
2Н2О – 4ē = О2 + 4Н+
(окисление Н2О)
Ni/Ni
2
0
Cu/Cu
2
Au/Au
3
2
4
2
4
катод (–)
анод (+)
Сu2+ + 2ē = Сu
(восстановление ионов Сu2+ )
2Н2О – 4ē = О2 + 4Н+
(окисление Н2О)
На аноде происходит окисление той восстановленной формы, которая
имеет наименьшее значение электродного потенциала.
Аноды из никеля и меди не могли быть изготовлены, поскольку при
электролизе аноды из этих металлов, имеющих стандартные электродные
потенциалы (
= –0,25 В и
= +0,34 B), т. е. намного меньше,
чем стандартный электродный потенциал окисление Н2О (1,228 В), сами
окисляются:
анод (+) Ni – 2ē = Ni2+ ;
анод (+) Cu – 2ē = Cu2+ .
Окисление воды будет происходить, если анод сделан из золота, по-
скольку Аu имеет наибольшее значение стандартного электродного потен-
циала (
= +1,50 В), выше, чем стандартный электродный потенциал
окисления Н2О (1,228 В).
15. Через водный раствор СuSО4 пропускали ток силой 0,5 А в течение
193000 с. Сколько меди выделилось на электроде (АСu = 64 г) ?
Решение
В водном растворе соль СuSO4 диссоциирует на ионы Сu2+ и SO
СuSO4 = Сu2+ + SO
.
:
При электролизе водного раствора СuSO4 с инертными электродами
протекают процессы:
159
Масса вещества mСu , г, образующегося при электролизе вычисляется по
F
IM
CuЭ
n
A
2
64
96500
1930005,032
катод (–)
анод (+)
Сu2+ + 2ē = Сu
(восстановление ионов Сu2+ )
Сu – 2ē = Сu2+
(окисление Сu)
приведенному уравнению Нернста (30):
где М
mСu (г) =
– молярная масса электрохимического эквивалента меди, г;
Э(Сu)
,
I – сила тока, А;
τ – время электролиза, с;
F – число Фарадея, равное 96500 кулонам, такое количество электричества,
которое требуется для превращения (окисления или восстановления)
1 моль-эквивалента вещества.
Молярная масса электрохимического эквивалента Сu будет равна:
М
=
Э (Cu)
(23),
где А – атомная масса Сu, г;
n – количество принимаемых ионами Сu2+ электронов (Сu2+ + 2ē = Сu), 2ē.
М
=
Э (Cu)
= 32 г/моль.
Итак,
mСu (г) =
= 32 г
16. При электролизе водного раствора хлорида меди (II) масса катода
увеличилась на 3,2 г. Что произошло при этом на медном аноде?
Решение
В водном растворе хлорид меди (II) диссоциирует на ионы Сu2+ и Cℓ– :
СuCℓ2 = Сu2+ + 2Cℓ–.
При электролизе с медным анодом протекают процессы:
160
Как правило, на аноде происходит окисление той восстановленной фор-
0
Cu/Cu
2
n
A
Cu
2
64
мы, которая имеет наименьшее значение стандартного электродного потенциала.
Окисление меди на аноде происходит, вследствие того, что стандартный
электродный потенциал медного электрода (
= +0,34 В) намного
меньше, чем стандартные электродные потенциалы окисления Н2О (+1,228 В)
и хлорид-ионов (+1,36 В).
Согласно закона эквивалентов, сколько моль-эквивалентов Сu2+ восста-
новится на катоде, столько же моль-эквивалентов Сu окислится на аноде.
Молярная масса электрохимического эквивалента меди равна:
М
Э (Cu)
=
(23),
где АCu – атомная масса меди, г;
n – количество принятых ионами Сu2+ электронов, 2ē.
М
=
Э (Cu)
= 32 г/моль.
Определим, сколько моль-эквивалентов ионов Сu2+ восстановилось
на катоде:
32 г/моль – 1 моль-эквивалент
3,2 г – х
х = 0,1 моль-эквивалент.
Следовательно, столько же моль-эквивалентов Сu окислится на аноде,
т. е. 0,1 моль-эквивалент или 3,2 г.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
275. Через раствор СuSO4 пропускали ток силой 10 А в течение 96500 с.
Сколько граммов меди выделится на электроде (АСu = 64 г)?
А 1280; Б 640; В 320; Г 160; Д 80.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]