Електроліз основні поняття та визначення

Електроліз	- сукупність окисно-відновних процесів, які відбуваються під дією постійного електричного струму на електродах, занурених у розчин або розплав електроліту. На катоді відбувається процес відновлення, а на аноді – окиснення.
Об’єднаний закон Фарадея	- маса речовини, яка виділяється або розкладається на електродах під час електролізу, пропорційна кількості електрики, що проходить через розчин або розплав і не залежить від інших факторів: , де - маса окисненої або відновленої речовини, г; - молярна маса еквівалента речовини, г/моль; - сила струму, А; - час, с; - стала Фарадея, Кл/моль.

Приклади виконання завдань

Приклад 1. Скласти рівняння катодного і анодного процесів, які відбуваються при електролізі водного розчину хлориду міді (II) з графітовими електродами.

Відповідь. У водному розчині хлориду міді (II) відбуваються процеси дисоціації:

На катоді відновлюється найбільш активний окисник з найбільшим значенням електродного потенціалу. У даному випадку можливе відновлення як іонів міді

так і молекул води

Оскільки , то на катоді виділяється саме мідь.

На аноді окиснюється найбільш активний відновник з найменшим значенням електродного потенціалу. У даному випадку можливе окиснення як хлорид-іонів

,

так і молекул води

.

Хоч , однак здійснюється саме окиснення хлорид-іону, що обумовлено значною перенапругою другого процесу.

Приклад 2. Написати рівняння процесів, які відбуваються при електролізі водного розчину нітрату цинку з цинковим анодом.

Відповідь. У водному розчині нітрату цинку відбуваються процеси дисоціації:

Стандартний електродний потенціал системи

близький до потенціалу розряду молекул води

.

Тому на катоді відновлюються одночасно і іони цинку і молекули води.

На аноді відбуватиметься процес окиснення металічного цинку (матеріалу електрода), оскільки йому відповідає найменший електродний потенціал порівняно з потенціалами води та іонів .

.

Приклад 3. Скласти рівняння катодного і анодного процесів, які відбуваються при електролізі розплаву суміші солей таз інертним анодом. Яка маса міді виділиться на катоді при проходженні струму силою 4А протягом однієї години?

Розв’язання. У розплаві відбувається дисоціація солей:

На катоді можуть відновлюватися іони міді:

,

і іони натрію:

.

Оскільки , то відновлюватися будуть, в першу чергу, іони міді.

На аноді в першу чергу розряджуються йодид-іони

відповідно до послідовності розрядження аніонів на інертному аноді

Для розрахунку маси міді, яка виділяється на катоді використовуємо об’єднаний закон Фарадея:

.

Оскільки молярна маса еквівалента міді дорівнює (г/моль), то

(г).

Контрольні завдання

581. Електроліз розчину проводили при силі струму 5А протягом 3 годин. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на електродах. Яка маса води при цьому розклалася та чому дорівнює об’єм газів (н.у.), які виділилися на катоді і графітовому аноді?

Відповідь: 5,03 г; 6,266 л;

3,133л.

582. Електроліз розчину проводили при силі струму 2А протягом 4 годин. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на електродах. Яка маса срібла виділилась на катоді? Чому дорівнює об’єм газу, який виділився на графітовому аноді?

Відповідь: 32,20 г; 1,67 л.

583. При електролізі розчину з мідними електродами маса катода збільшилася на 10 г. Яку кількість електричного струму пропустили крізь розчин?

Відповідь: 30156 Кл.

584. Скласти рівняння процесів, які відбуваються при електролізі розчину з олов’яним анодом. Як зміниться маса анода при проходженні через електролізер 180 кКл електрики?

Відповідь: на 110,7г.

585. Визначити молярну масу еквівалента цинку, якщо при пропусканні крізь розчин струму силою 4А протягом 24 хв 30 с на катоді виділилося 2 г цинку.

Відповідь: 32,8 г/моль.

586. Скільки срібла виділиться на катоді при пропусканні крізь розчин струму силою 8А протягом 45 хв?

Відповідь: 24,2 г.

587. Електроліз розчину проводили при силі струму 6 А протягом 2,5 годин. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на вугільних електродах, та розрахувати маси речовин, які виділяються на катоді та аноді.

Відповідь: 0,56 г; 71,0 г.

588. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на вугільних електродах при електролізі розчину . Розрахувати масу міді, яка виділилася на катоді, якщо на аноді утворилося 560 мл газу (н.у.).

Відповідь: 1,588 г.

589. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на графітових електродах при електролізі розчину . Яка маса речовин виділиться на катоді та аноді, якщо електроліз проводити протягом 1 години 36 хв. при силі струму 15 А?

Відповідь: 0,886 г; 70,79 г.

590. Під час електролізу водного розчину гідроксиду калію на катоді виділився водень об’ємом 11,2 л (н.у.). Розрахувати об’єм кисню, який виділився при цьому на аноді. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на катоді та графітовому аноді.

Відповідь: 5,6 л.

591. Після проходження струму силою 6 А протягом 25 хв крізь розчин на катоді виділилося 9,6 г срібла. Визначити вихід срібла (у відсотках від теоретичного).

Відповідь: 95,3%.

592. При електролізі розчину хлориду двовалентного металу на аноді виділилося 1120 мл газу (н.у.), а на катоді – 3,2 г металу. Який це метал?

Відповідь: мідь.

593. Яка молярна концентрація еквівалента розчину , якщо для виділення усього срібла з 0,065 л цього розчину, потрібно було пропустити струм силою 0,6 А протягом 20 хв? Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на катоді та графітовому аноді.

Відповідь: 0,11 моль е/л.

594. Крізь розчин протягом 2,45 години пропускали струм силою 3,5 А. Визначити, на скільки грамів за цей час зменшилася маса нікелевого анода. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на катоді та графітовому аноді.

Відповідь: на 9,39 г.

595. Як зміниться маса катода при проходженні крізь розплав хлориду нікелю 576 кКл електрики? Скласти рівняння процесів, які відбуваються на інертних електродах.

Відповідь: на 175,2 г.

596. Скласти рівняння процесів, які відбуваються при електролізі розплаву з інертними електродами. Розрахувати маси речовин, що виділилися на електродах під дією струму 5А за 2 години.

Відповідь: 8,6 г, 13,2 г.

597. Струм силою 6А пропустили крізь водний розчин сірчаної кислоти протягом 1,6 години. Розрахувати масу води, яка розклалася та об’єм кисню і водню (н.у.), які при цьому утворилися. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на катоді та графітовому аноді.

Відповідь: 3,02 г; 1,88 л; 3,76 л.

598. При електролізі водного розчину струмом силою 2 А маса катода збільшилася на 8 г. Протягом якого часу проводився електроліз? Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на катоді та графітовому аноді.

Відповідь: 6,19 годин.

599. Розрахувати масу срібла, що виділяється на катоді при пропусканні струму силою 6А крізь розчин протягом 30 хвилин. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на катоді та графітовому аноді.

Відповідь: 12 г.

600. При електролізі водного розчину на аноді виділилося 4,48 л хлору (н.у.). Знайти масу олова, яка виділилася на катоді. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на катоді та графітовому аноді.

Відповідь: 23,7 г.