3. Электролиз

Задание. Составьте схему электролиза раствора (табл. 11). Напишите электронные уравнения процессов, протекающих на электродах. Катодный процесс подтвердить расчетами. Значения стандартных электродных потенциалов металлов необходимо взять из ряда напряжений.

Таблица 11.

Номер вар.	Раствор	pH	моль/л		Электроды				Катодное перенапр. водорода H2
					Анод		Катод
1	NiCl2	5	0,1		Никель		Железо		0,49
2	CoSO4	4	0,01		Платина		Платина		0,23
3	Mg(NO3)2	7	1,0		Платина		Никель		0,62-
4	NiSO4	5	1,0		Графит		Никель		0,62
5	ZnSO4	6	0,01		Графит		Цинк		1,02
6	CdSO4	5	0,1		Платина		Железо		0,49
7	CuCl2	5	0,1		Медь		Графит		0
8	CaCl2	7	0,01		Платина		Платина		0,23
9	Co(NO3)2	4	0,1		Свинец		Кобальт		0,42
10	MnBr2	6	0,01		Платина		Олово		1,09
11	ZnCl2	5	1,0		Графит		Железо		0,49
12	Pb(NO3)2	4	0,01		Графит		Никель		0,62
13	FeSO4	4	0,1		Платина		Платина		0,23
14	AgNO3	5	0,1		Платина		Кадмий		1,16
15	Sn(NO3)2	5	0,01	Графит		Графит		0
16	CuSO4	5	0,1	Медь		Медь		0,67
17	K.2SO4	7	0,01	Платина		Графит		0
18	Ni(NO3)2	6	0,1	Никель		Никель		0,62
19	MgSO4	7	1,0	Графит		Графит		0
20	SnCl2	4	0,1	Графит		Железо		0,49
21	A12(SO4)3	6	0,001	Платина		Железо		0,49
22	CdCl2	6	0,001	Кадмий		Железо		0
23	MnSO4	5	0,01	Платина		Олово		1,09
24	CоSO4	5	0,1	Свинец		Свинец		0,88
25	MgCl2	7	1,0	Платина		Никель		0,62
26	Co(NO3)2	5	0,01	Кобальт		Кобальт		0,42
27	NaNO3	7	1,0	Медь		Свинец		0,88
28	CaI2	4	0,01	Графит		Графит		0
29	AlCl3	5	0,001	Платина		Графит		0
30	BaBr2	6	0,01	Медь		Медь		0,67

Пример. Составьте схему электролиза раствора Mn(NO₃)₂ (pH раствора 7. C_Mn²⁺= 0,1 моль/л).

Электроды: а) никелевые.

б) катод кадмиевый, анод графитовый,

Решение. Диссоциация Мn(NO₃)₂ происходит по уравнению:

Mn(NO₃)₂  Mn²⁺+2NO₃.

Катодный процесс. При пропускании тока к отрицательному катоду притягиваются частицы Мn²⁺ и диполи Н₂О. Раньше восстанавливаются частицы с более положительным потенциалом разряда ⁱ. Потенциал разряда частиц Мn²⁺ близок к равновесному потенциалу:

Равновесный потенциал металла определим по формуле Нернста:

Равновесный потенциал восстановления водорода зависит от pH раствора и парциального давления водорода.

При pH раствора 7 и парциальном давлении водорода воздуха определим равновесный потенциал восстановления водорода:

Потенциал разряда водорода на катоде меньше равновесного значения на величину перенапряжения

а) на никелевом катоде этот потенциал соответствует

Сравнивая потенциалы разряда металла и водорода, приходим к выводу, что на катоде протекает процесс восстановления водорода:

2H₂O+2e=H₂+2OH.

В результате образования OH групп возможен процесс образования в катодном пространстве Mn(OH)₂;

б) на кадмиевом электроде потенциал разряда водорода соответствует:

В этом случае

Поэтому на катоде восстанавливается металл:

Mn²⁺+2e = Mn.

Анодный процесс. При прохождении тока к положительному аноду притягиваются ионы NO₃ и диполи воды. Раньше окислению подвергаются частицы с более отрицательным потенциалом разряда:

а) никелевый анод растворим, поэтому происходит окисление никеля:

Ni – 2e  Ni²⁺.

В анодном пространстве при этом образуется Ni(NO₃)₂;

б) графитовый анод нерастворим, значит, идет процесс окисления воды:

2H₂O – 4e  O₂+4H⁺.

В этом случае в анодном пространстве образуется HNO₃.