chemistry / chemistry1 / ХимиЯ / 290-291

I ,

а) раствор Na₂SO₄ при я_№+ = 1 моль/л. В растворе Na₂SO₄ име­ются ионы Na⁺, SO4", Н⁺ и ОН".

ОН"

Na₂SO₄-> 2Na⁺ + SOj"; H₂O

В нейтральной среде (рН 7,0) потенциал водородного электрода при р_н = 1 и 25°С равен

£ _н = _ 0,095рН = - 0,095 • 7 = - 0,413В. Так как £°_а._/№ = - 2,7 В « £_H._/Hj, то на катоде будет выде­ляться водород. На аноде может выделяться только кислород. При электролизе раствора Na₂SO₄ протекают реакции по уравне­ниям:

на катоде 2Н₂О + 2е -> Н₂ + 20 Н" на аноде Н₂О - 2е -» '/₂О₂ + 2Н⁺ в растворе 2Н⁺ + 2ОН" г± 2Н₂О

Суммарной является реакция разложения воды

н₂о = н₂ + '/А

б) раствор NaCl при c_Na+ = 1 моль/л и а_а- = 1 моль/л. В раство­ре NaCl имеются ионы Na⁺, СГ, Н⁺ и ОН":

NaCl -» Na⁺ + СГ; Н₂О г± Н⁺ + ОН'

На катоде будет выделяться водород. На аноде возможны две реакции по уравнениям:

2СГ - 2е -> С1₂; Н₂О - 2е -> '/₂О₂ + 2Н⁺

При а_а- = 1,0 моль/л Е_{а /а}_ = + 1,356 В. В нейтральном растворе равновесный потенциал кислородного электрода при р_Ог = 1, согласно уравнению (9.12), равен

£о_2/н₂о = 1,23 - 0,059рН = + 0,81 В.

Как видно, равновесный потенциал кислородного электрода от­рицательнее равновесного потенциала хлорного электрода. Однако выделение кислорода протекает со значительно более высокой по­ляризацией, чем выделение хлора (см. рис. 9.12), поэтому при ма­лых плотностях тока выделяется лишь кислород, при потенциале Ei токи на выделение хлора и кислорода сравниваются, а при по-

290

ченциале Еа (высокая плотность тока) выделяется в основном хлор, аким образом, при электролизе раствора NaCl на катоде выделя­ется водород, а на аноде в основном — хлор, т.е. наряду с электро­лизом воды идет процесс

2Н⁺ + 2ОН" + 2Na⁺ + 2СГ -> Н₂ + 2Na⁺ + 2ОН" + С1₂

Пример 1. Определите массу цинка, который выделится на катоде при электро­лизе раствора сульфата цинка в течение 1 ч при токе 26,8 А, если выход цинка по току равен 50%.

Решение. Согласно закону Фарадея (см. уравнение (9.1)]

т = M,Q/F= M,h/965OO,

где / — ток; т — продолжительность электролиза. Масса моля эквивалентов цинка в ZnSO₄ равна 65,38 : 2 = 32,69 г. Подставив в уравнение закона Фарадея числовые значения, определим массу цинка, который должен выделиться:

т^ = 32,69 • 26,8 - 3600/96500 = 32,69 г.

Так как выход по току цинка составляет 50%, то практически на катоде выде­лится цинка /и_пр = 32,69 • 50/100 = 16,345 г.

Пример 2. Какая масса (г) гидроксида калия образовалось у катода при электро­лизе раствора K2SO4, если на аноде выделилось 11,2 л кислорода, измеренного при н.у.?

Решение. Объем моля эквивалентов кислорода (н.у.) равен 22,4/4 = 5,6 л. ■Следовательно, 11,2 л кислорода составляет 2 моль эквивалентов. Столько же, т.е. 2 моль эквивалентов КОН, образовалось у катода или 56,11-2=112,22 г (56,11 г — масса 1 моль эквивалентов КОН).

: Итак, под действием электрического тока на электродах проис­ходят процессы, называемые электролизом. Последовательность .f электродных процессов определяется значениями потенциалов &этих процессов и поляризации при их протекании.

h

Вопросы для самоконтроля

9.18. Рассчитайте объемы выделившихся на аноде хлора и кислорода при нор­ мальных условиях из раствора хлорида натрия за 10 ч при токе 30 А и выходе хлора

| по току 90%. Какой процесс протекает при этом на катоде?

9.19. Какая масса (г) H2SO4 образуется около нерастворимого анода при элек- ^k тролизе раствора Na₂SO4, если на аноде выделяется кислород объемом 1,12 л, изме- :' ренный при н.у.? Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде.

19*