Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Поволжский государственный технологический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Винокурова_химические_системы_2011

.pdf

Скачиваний:

610

Добавлен:

03.05.2015

Размер:

1.9 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 1512 13 14 15 > Следующая >>>

111
Электрохимическая схема имеет вид:
	ē
	 I
	 I
A(–) Mg	MgSO4	CuSO4	Cu(+) K
	0,01 М	0,01 М
Электродные процессы:

На (–) аноде: Mg0 – 2ē  Mg+2 – процесс окисления

На (+) катоде: Cu+2 + 2ē Cu0 – процесс восстановления

Суммарное уравнение работы гальванического элемента: а) в ионном виде: Mg + Cu+2  Mg+2 + Cu0,

б) в молекулярном виде: Mg + CuSO4  Cu + MgSO4

Для расчета электродных потенциалов воспользуемся формулой Нернста:

EMen / Me E0Men / Me	0, 058	lg CMen ,

	n
где n – валентность металла;

CMen – концентрация ионов металла,

CCu2 CMg2 Cсоли N ;

где α – степень диссоциации соли (CuSO4, MgSO4) ≈ 1;

N – число ионов металла (Cu+2, Mg+2), образующихся при диссоциа-

ции одной молекулы соли.

CuSO4 = Cu2+ + SO42–, N = 1

MgSO4 = Mg2+ + SO42–, N = 1

CCu2 CMg2 0, 0111 0, 01 моль / л

ECu2 / Сu 0,34	0, 058		lg 0, 01 0,34	0, 058		( 2 ) 0,34 0, 058 0, 28B

	2			2
EMg2 / Mg 2,36	0, 058	lg 0, 01 2,36			0, 058	( 2 ) 2,36 0, 058 2, 42B
	2			2

ЭДС, ε–разность электродных потенциалов, величина положительная, т.е.

ε = Екатода – Еанода, ε = 0,28 – (-2,42) = 2,7 В.

Для повышения ЭДС Cu-Mg следует понизить концентрацию MgSO4 и повысить концентрацию CuSO4 моль/л.

112

Задания для самостоятельного выполнения

1.Составить электрохимическую схему гальванического элемента, используя указанные металлы, растворы определенной концентрации их солей.

2.Написать электронные уравнения электродных процессов, привести суммарное уравнение работы гальванического элемента в ионном и молекулярном виде.

3.Используя данные приложения 4 (ряд стандартных электродных потенциалов), рассчитать величины электродных потенциалов и ЭДС гальванического элемента.

4.Предложить способ повышения ЭДС этого элемента.

			Таблица 7
	Варианты заданий по теме «Гальванические элементы»

№	Металлы	Названия солей	С, моль/л
0	медь	сульфат меди (II)	0,01
	магний	сульфат магния	0,01

1	кадмий	нитрат кадмия	0,01
	висмут	нитрат висмута (III)	0,001

2	цинк	хлорид цинка	0,01
	никель	хлорид никеля	0,001

3	хром	сульфат хрома (III)	0,001
	цинк	сульфат цинка	0,01

4	титан	нитрат титана (II)	0,02
	никель	нитрат никеля (II)	0,04

5	железо	сульфат железа (II)	0,03
	магний	сульфат магния	0,02

6	рутений	нитрат рутения (II)	0,01
	никель	нитрат никеля	0,02

7	титан	нитрат титана (II)	0,02
	железо	нитрат железа (II)	0,01

8	кадмий	хлорид кадмия	0,003
	никель	хлорид никеля	0,01

9	цинк	сульфат цинка	0,001
	марганец	сульфат марганца (II)	0,02

10	хром	сульфат хрома (III)	0,001
	кадмий	сульфат кадмия	0,01

11	магний	нитрат магния	0,02
	свинец	нитрат свинца (II)	0,01

12	медь	нитрат меди (II)	0,001
	железо	нитрат железа (II)	0,02

13	титан	нитрат титана (II)	0,002
	хром	нитрат хрома (III)	0,001

113

			Продолжение табл. 7
№	Металлы	Названия солей		С, моль/л
14	никель	нитрат никеля		0,02
	серебро	нитрат серебра		0,1

15	иридий	нитрат иридия (III)		0,05
	железо	нитрат железа		0,1

16	таллий	сульфат таллия (I)		0,5
	медь	сульфат меди (II)		0,1

17	свинец	нитрат свинца (II)		0,4
	железо	нитрат железа (II)		0,2

18	осмий	нитрат осмия (II)		0,5
	висмут	нитрат висмута (III)		0,2

19	цинк	хлорид цинка		0,05
	ванадий	хлорид ванадия (II)		0,01

20	хром	сульфат хрома (III)		0,001
	ниобий	сульфат ниобия (III)		0,01

21	цинк	сульфат цинка		0,05
	цирконий	сульфат циркония (IV)		0,02

22	кобальт	сульфат кобальта (II)		0,04
	медь	сульфат меди (II)		0,01

23	платина	хлорид платины (II)		0,4
	кадмий	хлорид кадмия		0,1

24	олово	сульфат олова (II)		0,03
	медь	сульфат меди (II)		0,05

25	хром	сульфат хрома (III)		0,01
	иридий	сульфат иридия (III)		0,02

26	серебро	нитрат серебра		0,03
	индий	нитрат индия (II)		0,05

27	галлий	сульфат галлия (III)		0,01
	медь	сульфат меди (II)		0,1
28	палладий	хлорид палладия (II)		0,04
	кадмий	хлорид кадмия		0,01
29	железо	нитрат железа (II)		0,07
	платина	нитрат платины (II)		0,02

30	цирконий	нитрат циркония (IV)		0,01
	серебро	нитрат серебра		0,2

31	титан	нитрат титана (II)		0,03
	медь	нитрат меди (II)		0,01

32	осмий	нитрат осмия (II)		0,2
	цинк	нитрат цинка		0,4

33	галлий	нитрат галлия		0,01
	серебро	нитрат серебра		0,02

34	титан	сульфат титана (II)		0,07
	олово	сульфат олова (II)		0,05

35	магний	сульфат магния		0,01
	цинк	сульфат цинка		0,005

114

			Продолжение табл. 7
№	Металлы	Названия солей		С, моль/л
36	железо	нитрат железа (II)		0,02
	цирконий	нитрат циркония (IV)		0,03

37	кобальт	хлорид кобальта (II)		0,01
	платина	хлорид платины (II)		0,1

38	палладий	хлорид палладия (II)		0,003
	никель	хлорид никеля (II)		0,01

39	галлий	сульфат галлия (III)		0,02
	ниобий	сульфат ниобия (III)		0,01

40	иридий	нитрат иридия (III)		0,05
	цинк	нитрат цинка		0,02

41	платина	хлорид платины (II)		0,001
	марганец	хлорид марганца (II)		0,01

42	осмий	нитрат осмия (II)		0,05
	серебро	нитрат серебра		0,02

43	олово	хлорид олова (II)		0,1
	палладий	хлорид палладия (II)		0,01

44	свинец	нитрат свинца (II)		0,03
	серебро	нитрат серебра		0,01

45	рутений	хлорид рутения		0,04
	цинк	хлорид цинка		0,02

46	медь	нитрат меди (II)		0,03
	цирконий	нитрат циркония (IV)		0,1

47	таллий	хлорид таллия (I)		0,02
	цирконий	хлорид циркония (IV)		0,04

48	рутений	сульфат рутения (II)		0,01
	никель	сульфат никеля (II)		0,02

49	магний	нитрат магния		0,1
	индий	нитрат индия (III)		0,2

50	ванадий	нитрат ванадия (II)		0,02
	серебро	нитрат серебра		0,01

51	цинк	нитрат цинка		0,02
	кадмий	нитрат кадмия		0,1

52	серебро	нитрат серебра		0,1
	цинк	нитрат цинка		0,005

53	кадмий	сульфат кадмия		0,02
	медь	сульфат меди (II)		0,2

54	цинк	сульфат цинка		0,004
	олово	сульфат олова (II)		0,05

55	никель	сульфат никеля (II)		0,01
	медь	сульфат меди (II)		0,2

56	железо	нитрат железа (II)		0,01
	висмут	нитрат висмута (III)		0,1

57	цинк	хлорид цинка		0,002
	платина	хлорид платины (II)		0,05

115

			Окончание табл. 7
№	Металлы	Названия солей		С, моль/л
58	палладий	хлорид палладия (II)		0,1
	цинк	хлорид цинка		0,001

59	железо	сульфат железа (II)		0,002
	ниобий	сульфат ниобия (III)		0,1

60	серебро	нитрат серебра		0,02
	марганец	нитрат марганца (II)		0,002

61	платина	хлорид платины (II)		0,05
	магний	хлорид магния		0,001

62	медь	нитрат меди (II)		0,001
	серебро	нитрат серебра		0,2

63	магний	хлорид магния		0,01
	палладий	хлорид палладия (II)		0,05

64	магний	нитрат магния		0,02
	серебро	нитрат серебра		0,01

65	хром	сульфат хрома (III)		0,04
	железо	сульфат железа (II)		0,001

66	магний	нитрат магния		0,002
	свинец	нитрат свинца		0,05

67	палладий	хлорид палладия (II)		0,02
	марганец	хлорид марганца (II)		0,004

68	хром	сульфат хрома (III)		0,1
	магний	сульфат магния		0,002

69	висмут	нитрат висмута (III)		0,05
	хром	нитрат хрома (III)		0,002

70	рутений	нитрат рутения (II)		0,02
	кадмий	нитрат кадмия		0,004

71	кобальт	нитрат кобальта (II)		0,02
	серебро	нитрат серебра		0,1

72	кадмий	нитрат кадмия		0,2
	магний	нитрат магния		0,01

73	платина	хлорид платины (II)		0,1
	медь	хлорид меди (II)		0,002

74	рутений	сульфат рутения (II)		0,05
	марганец	сульфат марганца (II)		0,005

75	кобальт	хлорид кобальта (II)		0,01
	цинк	хлорид магния		0,005

116

ЗАДАНИЕ 10

ЭЛЕКТРОЛИЗ

Литература:

1.Коровин Н.В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2000. – 560 с.

2.Лучинский Г.П. Курс химии. – М.: Высшая школа, 1985. – 406 с.

3.Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Интеграл-пресс, 2005. – 725 с.

План изучения темы

1.Используя указанную литературу, ознакомиться со следующими вопросами и составить краткий конспект:

электролиз (определение); электроды: катод и анод; растворимые и нерастворимые аноды; электродные процессы на катоде и на аноде; последовательность разряда ионов на электродах; электролиз расплавов; электролиз водных растворов; перенапряжение водорода; электролиз с растворимым анодом; законы Фарадея; выход по току.

2.Разобрать приведенный ниже пример решения нулевого варианта.

3.Выполнить задание согласно номеру своего варианта.

Решение нулевого варианта

Соль

На катоде

На аноде

Выход по

№

τ,

инертном

растворим

Q, Кл

I, A

току ВМе,

вар

раствор

расплав

, г

, л

мин

Me теор

VО

, л

VCl

, л

материал

Me практ

∆m’

анода

анод

0-А

сульфат

–

22,18

Х4

–

Х3

–

Х1

Х2

120

олова (II)

0-Б

хлорид

–

Х1

84,13

–

Х4

144000

Х3

Х2

олова (II)

0-B

–

хлорид

Х3

Х4

–

5,6

–

Х1

Х2

120

93,6

алюминия

Условные обозначения:

mMe теор – теоретически рассчитанная масса металла, выделяемого на катоде, г;

mMe прак – масса металла, практически полученного на катоде, г;

VH2 – объем водорода, выделяющегося на катоде, л;

VО2 – объем кислорода, выделяющегося на аноде, л; VCl2 – объем хлора, выделяющегося на аноде, л;

Q – количество электричества, Кл;

117

I – сила тока, А;

τ – продолжительность электролиза, мин;

ηМе – выход по току, %: Ме	mМе(практ )	100% ;
	mМе(теор)

∆m’анода – уменьшение массы анода в процессе электролиза, г.

0-А. Составить схему электродных процессов, вычислить количество пропущенного электричества (Х1) и силу тока (Х2) при электролизе с нерастворенным анодом водного (нейтрального) раствора сульфата олова (II) в течение 120 минут. Определить объем кислорода, выделившегося на аноде (Х3), и массу металла, полученного практически на катоде (Х4), если теоретически рассчитанная масса (в граммах) составляет 22,18 г, а выход по току - 97 %.

Дано:		Решение:

Нейтральный раствор		Схема электролиза:
SnSO4	SnSO4  Sn2+ + SO42–;		H2O  H+ + OH–
Анод нерастворимый	(–) Катод		(+) Анод
mSn(теор) = 22,18 г		Sn2+		SO42–
τ = 120 мин		H+ (из воды)		ОН– (из воды)
τ = 120 мин
ВМе = 97 %
Х1= Q = ? Х2 = I = ?		Электронные уравнения
Х3 = VО2 = ?		электродных процессов
Х4 = mMe(практ) = ?		Катодные процессы
		На катоде восстанавливаются ионы с бо-
	лее положительным потенциалом с учетом
перенапряжения водорода	(это металлы, стоящие в ряду напряжений

после алюминия, начиная с марганца).

На катоде восстанавливаются Sn+2 + 2ē  Sn0 (основной процесс) При электролизе водных растворов солей металлов, расположенных

в ряду напряжений до Н2, параллельно будут разряжаться Н+-ионы из воды: 2Н2О + 2ē = Н2+ 2ОН–, т.к. выход по току равен 97%.

Анодный процесс

На инертном аноде идут процессы окисления отрицательно заряженных ионов (анионов) с менее положительным потенциалом. С учетом того, что F–, NO3–, SO42–, CO32–, PO43–, ионы не разряжаются из вод-

ных растворов, на аноде идет процесс окисления кислорода из воды: 2Н2О – 4ē  O2 + 4Н+

118

1) Для расчета количества электричества применим закон Фарадея:

mМе(теор)	МЭМе	Q	Q	mSn(теор) F
mМе(теор)			Q		,
	F			МЭ
где F = 96500 Кл – число Фарадея,
МЭ – масса моля эквивалентов Sn в SnSO4 равна: 118,7 : 2 = 59,35
г/моль.

Х Q

22,8 96500

37071, 6 Кл

59,35

2) Q = I · τ , где I – сила тока, А; τ – продолжительность электролиза, с.

X2 I

37071,6

5,15 А.

120 60

VЭ (О2 ) Q

3) VO2

96500

где VЭ(O2) – объем моля эквивалентов кислорода (н.у.) равен 22,4 : 4 =5,6 л.

5, 6 137071, 6

7,95 л

96500

mSn(практ )

100%

4) Учитывая, что выход по току

, находим

mSn(теор)

X4 mSn(практ ) Sn mSn(теор) 0,97 22,18 21,51г.

Ответ: Q = 37071,6 кл,

I = 5,15 А,

VО2

= 7,95 л, mSn (практ ) = 21,51 г.

0-Б. Через водный раствор хлорида олова (II) пропущено 144000 Кл электричества при силе тока 20 А. При этом на катоде получено 84,13 г металла. Составить схемы электродных процессов, определить теоретически рассчитанную массу металла, выделяющегося на катоде (Х1) и время протекания электролиза (Х2). Вычислить выход по току и уменьшение массы анода, изготовленного из олова.

	Дано:			Решение:

Нейтральный раствор			Схема электролиза:
SnCl2			SnCl2  Sn2+	+ 2Cl–; H2O  H+ + OH–
Анод – оловянный		(–) Катод		(+) Анод
Q = 144000 Кл			Sn2+		Cl–
I = 20 А			H+ (из воды)		ОН– (из воды)
mMe(практ) = 84,13 г
Х1= mМе(теор) , г = ?
Х2	= В, % = ?
Х3	= τ, мин = ?
Х4	= ∆m’анода = ?

119

Электронные уравнения электродных процессов

Катодные процессы

На катоде восстанавливаются ионы с более положительным потенциалом с учетом перенапряжения водорода (это металлы, стоящие в ряду напряжений после алюминия, начиная с марганца).

На катоде восстанавливаются Sn+2 + 2ē  Sn0 (основной процесс). При электролизе водных растворов солей металлов, расположенных

в ряду напряжений до Н2, параллельно будут разряжаться Н+-ионы из воды: 2Н2О + 2ē = Н2+ 2ОН–.

Анодный процесс

При электролизе с применением анода, изготовленного из металла, соль которого подвергается электролизу, идет процесс окисления (растворения)

металла, т.к. его потенциал имеет более отрицательное значение:

Sn+2 + 2ē  Sn0

1) Для определения теоретически рассчитанной массы металлаолова, выделяемого на катоде, применим закон Фарадея:

mМе(теор) mЭМе Q ,

где F = 96500 Кл – число Фарадея;

Q – количество пропущенного электричества, Кл;

МЭ(Ме) – масса моля эквивалентов металла рассчитывается как частное от деления атомной массы металла на его валентность. Масса моля эквивалентов олова в SnCl2 равна 118,7 : 2 = 59,35 г/моль.

		Х m			59,35144000				88,56 г.
		Х m							88,56 г.
		1	Sn(теор)			96500
						96500
2) Учитывая, что выход по току Ме								mМе(практ )		100% ,
2) Учитывая, что выход по току Ме								mМе(теор)		100% ,
								mМе(теор)		,,
										,,
находим	Х2	84,13	100% 95%.
находим	Х2	88,56	100% 95%.
		88,56
3) Q = I · τ , где I – сила тока, А; τ – время электролиза, с.
			X3	Q		144000	120 мин.
			X3			20 60	120 мин.
				I		20 60

120

4) ∆m’анода – уменьшение массы оловянного анода в процессе его растворения равно теоретически рассчитанной массе металла, выделяемого на катоде.

Х4 = ∆m’анода теоретически равно mSn(теор) = 88,56 г.

Ответ: mSn(теор) = ∆m’Sn = 88,56 г, ηSn = 95%, τ = 120 мин.

0-В. Вычислить количество пропущенного электричества (Х1) силу тока (Х2) при электролизе расплава хлорида алюминия в течение 120 минут, если на аноде при этом выделилось 5,6 л хлора. Определить теоретически рассчитанную массу металла (Х3) и массу металла, практически полученного на катоде при выходе по току 93,6 %.

Дано:				Решение:
Расплав AlCl3				Схема электролиза:
Расплав AlCl3				Схема электролиза:
τ = 120 мин				AlCl3  Al3+ + 3Cl–
V(Cl2) = 5,6 л		(–) Катод		(+) Анод
В = 93,6 %			Al3+		Cl–
Х1= Q = ? Х2 = I = ?
Х1= Q = ? Х2 = I = ?
Х3	= mМе(теор) = ?
Х4	= mМе(прак) = ?

Электронные уравнения электродных процессов

На катоде восстанавливаются ионы Al3+. Al3+ + 3ē  Al0

На аноде окисляются Cl–-ионы.

2Cl– – 2ē  Cl2 .

1) Для расчета количества электричества Q, воспользуемся законом Фарадея:

V(Cl2 )	VЭ(Cl2 ) Q	Q	V(Cl2 ) F
				,

	F		VЭ(Cl2 )

где F = 96500 Кл – число Фарадея;

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 1512 13 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
21.08.201926.07 Кб3Васенин.docx
#
03.05.201585.91 Кб48Введение.docx
#
03.05.2015483.33 Кб35ведомости объемов работ.doc
#
24.09.20192.01 Mб7Весы.doc
#
15.07.20191.92 Mб15видеокарты мой реферат.docx
#
03.05.20151.9 Mб610Винокурова_химические_системы_2011.pdf
#
16.11.20193.45 Mб11ВКР_Основная часть ПЗ.doc
#
03.05.20154.08 Mб211Войтко П. Ф. Лесосплавной флот 2009.pdf
#
11.11.2018622.59 Кб10Вольчик В.В. - Курс лекций по институциональной....doc
#
18.12.201884.26 Кб13ВОПРОСЫ 1,9,17,25,33,41,49.docx
#
03.05.2015316.34 Кб494вопросы и ответы для печати.docx