11. Электролиз

Электролиз – эко окислительно-восстановительный процесс, протекающий при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав солей.

При электролизе на катоде происходит восстановление:

,

а на аноде – окисление:

,

где Э - элемент.

Характер идущих при электролизе процессов зависит от состава электролита, материала электродов, режима электролиза и т.д.

Количества веществ, выделяющихся на электродах, подчиняются законам Фарадея.

1. Масса веществ, выделившихся на электродах, прямо пропорциональны количеству электричества, прошедшему через раствор или расплав электролита.

2. Одинаковые количества электричества выделяют на электродах количества веществ, прямо пропорциональные их химическим эквивалентам.

Масса металла m в граммах, осаждающаяся на катоде, может быть вычислена по формуле:

где m масса вещества,окисленного или восстановленного на электроде, г

Э – молярная масса эквивалента вещества, г/моль;

F – число Фарадея (F=96500);

I – cила тока, А;

t – продолжительность электролиза, с;

q – количество электричества, прошедшее через электролит, А*с.

Пример.11.1. Какие реакции будут протекать на электродах при электролизе водного раствора сульфата меди (II) с медным анодом?

Решение:

Составляем схему электролитической диссоциации соли в водном растворе:

На катоде происходит восстановление катионов меди (II), так как Е₀ (Cu²⁺|Cu)) = + 0,34 В

катод (-) Cu²⁺ +2е^- = Cu.

Так как анод изготовлен из меди (растворимый), анодный процесс будет связан с окислением металла:

анад (+) Cu - 2е^- = Cu²⁺.

Таким образом, в результате электролиза медь растворяется на аноде, но такое же количество меди выделяется на катода. Суммарное уравнение реакции в таком случае написать нельзя.

Пример.11.2. Сколько меди выделится на катоде при электролизе раствора CuSO₄ в течении 1 часа? Cила тока 4 А

Решение:

В соответствии с законами Фарадея для электролиза:

Подставляя численные значения с учётом того, что молярная масса эквивалента меди в CuSO₄ равна:

Ответ: 7,73 г.

Задачи

11.1. Составьте уравнения реакций, протекающих при электролизе расплавов следующих солей:

1) K₂S; 2) CaCl₂; 3) AlCl₃.

11.2. Составьте уравнения реакций, протекающих при электролизе расплавов следующих солей:

1) CuSO₄; 2) ZnCl₂; 3) NaBr₃.

11.3. Составьте уравнения реакций, протекающих при электролизе расплавов следующих солей:

1) K₂SO3; 2) MgCl₂; 3) FeCl₃.

11.4. Составьте уравнения реакций, протекающих при электролизе расплавов следующих солей:

1) Li₂SO₄; 2) MnCl₂; 3) AlBr₃.

11.5 Иодид натрия расплавили и подвергли электролизу с инертными электродами. На катоде образовался натрий массой 13,8 г. Вычислите массу вещества, которое выделилось при этом на аноде.

11.6. При электролизе расплава хлорида натрия на катоде получен натрий массой 4,6 г. Рассчитайте объём хлора, выделившегося на аноде (при нормальных условиях).

11.7. При электролизе водного раствора нитрата серебра с графитовыми электродами на аноде выделился кислород массой 6 г. Определите массу серебра, образовавшегося на аноде.

11.8. Какие процессы будут происходить при электролизе водного раствора сульфата кобальта (II) с графитовыми и кобальтовыми (растворёнными) анодами? Напишите уравнения соответствующих реакций.

11.9. При лужении в качестве электролита используется раствор сернокислого олова. Вычислите время, в течение которого через раствор электролита должен пропускаться ток силой 2 А для того чтобы на изделие площадью 20 см² осело олово в количестве 0,1 г/см².

11.10. При цинковании изделий в качестве электролита используется сернокислый цинк. Сколько цинка осядет на изделии при пропускании через электролит тока силой 3 А в течении 4 часов.

11.11. В растворе содержится при одинаковых концентрациях ионы Al⁺³, Zn⁺², Au⁺³, Cu⁺². В какой последовательности будут осаждаться на катоде указанные металлы? Ответ обоснуйте.

11.12. Метод электролитического покрытия одного металла слоем другого основан на электролизе растворов солей. При этом в качестве катода используют покрываемое изделие. Какие соли можно использовать для покрытия железного изделия никелем. Ответ обоснуйте.

11.13. При помощи какой схемы можно изобразить процесс электролиза для раствора хлорида никеля и электродов из никеля.

11.14. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН. Чему равна сила тока, если в течение 1 ч 20 мин на аноде выделилось 6,0 г газа. Сколько литров газа выделилось при этом на катода (при нормальных условиях)?

11.15 Чему равна эквивалентная масса кадмия, если при электролизе раствора соли кадмия израсходовано3500 Кл электричества и выделилось 2,0 г кадмия?

11.16. Чему равна сила тока при электролизе раствора в течение 2 часов, если на катоде выделилось 1,5 л водорода (условия нормальные).

11.17. Вычислите молярную массу эквивалента металла, зная, что при электролизе раствора хлорида этого металла затрачено 3880 Кл электричества и на катоде выделяется 11,74 г металла.

11.18. Составьте схему электролиза водного раствора сернокислого магния. Что окисляется и что восстанавливается при этом процессе?

11.19. Какие химические процессы происходят у анода и катода при электролизе раствора азотнокислого калия, если оба электрода изготовлены из меди?

11.20. Заряд электрона равняется 1,6*10^-19 Кл. Найдите отсюда число Фарадея.

11.21. Можно ли получить любой металл путём электролиза водного раствора его соли?

11.22. Определите силу тока, выделяющего за 30 мин из водного раствора серной кислоты 420 мл гремучего газа при нормальных условиях.

11.23. Сколько времени потребуется для для разложения 1 моля воды током силой 6 А?

11.24. Водный раствор хлористого магния подвергался электролизу в течение 1 часа при силе тока 3 А. Составьте схему электролиза и найдите сколько веществ выделилось за это время из раствора

11.25 Водный раствор иодистого бария подвергался электролизу в течение 15 мин при силе тока 8 А. Составьте схему электролиза и найдите сколько веществ выделилось за это время из раствора.