Примеры решения задач

Пример 1.

Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе следующих растворов (электроды инертные):

1) раствора KNO3

Ответ:

Стандартный электродный потенциал системы К+ + ē = К (-2,92 В) значительно меньше – 0,41 В. В связи с этим на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды (рН раствора KNO3 равен 7), сопровождающееся выделением газообразного водорода, а на аноде электрохимическое окисление воды, так как ионы NO3¯ – кислородсодержащие ионы.

Схема электролиза будет следующей:

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

6H2O = 2H2 + O2 + 4OH¯ + 4H+ или 2H2O = 2H2 + O2 .

2) раствора CoCl2

Ответ:

Значение стандартного электродного потенциала системы Co2+ + 2ē = Co (– 0,28 В) близко к значению – 0,41 В. В связи с этим на катоде может происходить электрохимическое восстановление как катионов Co2+ , так и воды, сопровождающееся выделением металла и газообразного водорода. На аноде происходит электрохимическое окисление ионов хлора (бескислородные ионы).

Схема электролиза будет следующей:

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

CoCl2 + 2H2O = Co + H2↑ + Cl2↑ + Co(ОН)2 .

86

Пример 2.

Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе раствора CuCl2 с медными электродами.

Ответ:

Значение стандартного электродного потенциала системы Cu2+ + 2ē = Cu (+ 0,34 В) значительно больше – 0,41 В. В связи с этим на катоде будет происходить электрохимическое восстановление катионов Cu2+ , сопровождающееся выделением металла. На аноде происходит электрохимическое окисление материала анода.

Схема электролиза будет следующей:

Пример 3.

Рассчитайте, какая масса серебра выделится на катоде, если ток силой 6 А пропускать через электролизер с раствором нитрата серебра в течение 1 часа (выход по току составляет 90%). Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе.

m (Ag)= ––––––– I•τ = –––––––––––––– • 6А • 3600с = 24,2 г

F96500 Кл/моль

87

3. Вследствие наличия побочных продуктов только 90% прошедшего через раствор электричества принимало участие в восстановлении ионов серебра. Поэтому масса серебра, выделившегося на катоде, будет равна:

mпрактич. (Ag) = mтеор. (Ag) • ω = 24,2 г • 0,9 = 21,8 г

Ответ: mпрактич. (Ag) = 21,8 г

Пример 4.

В раствор сульфата кадмия опустили цинковую пластинку. Через некоторое время пластинку вынули, промыли, высушили и взвесили. Масса пластинки увеличилась на 0,02 г. Объясните это явление. Проведя необходимые вычисления, определите массу выделившегося на пластинке металла, какой это металл?

Так как Е0Zn|Zn 2+ < Е0Cd|Cd2+, то электроны в гальваническом элементе будут переходить от цинкового электрода к кадмиевому, а на электродах будут происходить процессы:

Zn – 2ē = Zn2+

Cd2+ + 2ē = Cd

––––––––––––––––––––––––––––––––

Zn + Cd2+ = Zn2+ + Cd

2. Цинковая пластинка, опущенная в раствор Cd2+ , растворяется, и одновременно на ее поверхности появляется эквивалентное количество кадмия. Так как эквивалентная масса кадмия (56,2 г/моль) больше эквивалентной массы цинка (32,7 г/моль), масса пластинки увеличивается.

Если бы восстановился 1 моль эквивалентов Cd, то окислился бы 1 моль эквивалентов Zn, а масса пластинки увеличилась бы на значение ∆m1:

∆m1 = 56,2 – 32,7 = 23,5 г.

Увеличение массы пластинки на ∆m = 0,02 г, соответствует пропорционально меньшей массе восстановленного кадмия:

∆m1 Мэ(Cd)

––––– = ––––––– , 0,02 m (Cd)

следовательно, на пластинке образовался слой кадмия массой, равной: 0,02 • 56,2

m (Cd) = –––––––––– = 0,048 г 23,5

Ответ: металл – кадмий, m (Cd) = 0,048 г

88

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1.Напишите уравнения реакций процессов, происходящих при электролизе водных растворов нитрата и хлорида кадмия с платиновыми электродами.

2.Какие вещества выделятся на катоде и аноде при электролизе расплава и раствора хлорида бария?

3.Одинаковыми ли будут на угольных электродах продукты электролиза растворов: а) хлорида магния и хлорида натрия; б) сульфата калия и нитрата кальция; в) иодида натрия и нитрита натрия?

4.Как протекает электролиз водного раствора сульфата никеля:

а) с графитовым анодом; б) с никелевым анодом?

5.В растворе находится смесь солей сульфата цинка и сульфата никеля. Какой металл и почему выделится в первую очередь? Напишите уравнения электродных процессов.

6.Электролизу подвергается раствор, содержащий нитраты меди (II) и серебра (I). Какой металл выделится в первую очередь? Напишите уравнения электродных процессов.

7.В какой последовательности должны разряжаться на катоде ионы Ag+, Cu2+, Sn2+, Bi3+, Fe2+, Fe3+? Чем это определяется?

8.Алюминий какой массы выделится на катоде при электролизе расплава AlCl3 в течение 0,5 часа при силе тока 10,0 А?

9.Какой силы ток должен быть использован для того, чтобы за 10 минут выделить из раствора CuSO4 1 г меди?

10.Какой объем газообразного водорода (н.у.) выделится при электролизе водного раствора хлорида натрия током в 6 А за 1,5 часа?

11.Если вы хотите посеребрить металлическую деталь, то каким электродом ее нужно сделать в электрохимическом элементе? Какое количество электричества должно пройти через электролизер для выделения серебра массой 1 г, считая, что процесс идет без потерь?

12.Через раствор ZnCl2 пропущено 48250 Кл электричества. При этом массы выделившихся цинка и хлора соответственно равны 9,8 и 16,0 г. Чему равен выход по току каждого из продуктов электролиза?

13.При электролизе одного из соединений олова ток силой 10 А за 15 мин выделил на электродах металл массой 2,76 г и хлор объемом 1,045 л (н.у.). Какова формула данного соединения олова?

14.При электролизе раствора NiSO4 в течение 30 мин током силой 1 А выделился никель массой 0,5 г. Вычислите выход по току.

15.При электролизе водного раствора CuBr2 на электроде выделилось 0,48 г меди. Какая масса брома выделится на другом электроде? Напишите уравнения процессов, происходящих на катоде и аноде.

89

6.4. Коррозия металлов

90