6. Какое вещество и в каком количестве выделится на катоде при электролизе раствора Hg(no3)2 (анод графитовый) в течение 10 минут при силе тока 8а?

Решение:

При электролизе водных растворов солей в нейтральной среде на катоде возможно протекание двух восстановительных процессов. Один из них – восстановление катионов металла:

Hg²⁺ + 2e^- = Hg .

Другой возможный процесс – восстановление водорода из молекул воды:

2H₂O + 2e^-  = H₂ + 2OH^– .

В данном случае на катоде будут восстанавливаться катионы ртути, т.к. этот металл входит в группу малоактивных металлов, и для его восстановления необходима меньшая отрицательная поляризация электрода, чем для восстановления водорода.

На катоде: Hg²⁺ + 2e^- = Hg;

Количество выделившейся ртути, согласно законам Фарадея, равно:

m_Hg =   I t _(сек)=   8  600 = 5 г.

Примеры решения задач

1. При какой концентрации ионов Zn²⁺ (в моль/л) потенциал цинкового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала?

Решение. Стандартным электродным потенциалом металла называют его электродный потенциал, возникающий при погружении металла в раствор собственного иона с концентрацией (или активностью), равной 1 моль/л, измеренный по сравнению со стандартным водородным электродом, потенциал которого при 25 ⁰С условно принимается равным нулю (Е⁰=0; ).

Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

где Е⁰ - стандартный электродный потенциал; n- число электронов. принимающих участие в процессе; С – концентрация (активность) гидратированных ионов металла в растворе, моль/л. Е⁰ для Zn²⁺/Zn равен -0,763 В. По условию задачи потенциал цинкового электрода должен быть на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала, т.е. -0,763 В - 0,015 В= -778 В. По уравнению Нернста рассчитываем концентрацию ионов Zn²⁺ (в моль/л).

отсюда

C_Zn²⁺=0,316 моль/л

2. При электролизе раствора CuSO₄ на аноде выделилось 168 см³ газа (н.у.). Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, и вычислите, какая масса меди выделилась на катоде.

Решение. Составляем уравнение реакции электролиза.

CuSO₄ Cu²⁺ + SO₄^2-

Анодный процесс:

катодный процесс: Cu² +2e=Cu

Общее уравнение реакции электролиза

При образовании на катоде двух грамм-атомов меди (2 х 63 =126 г) на аноде выделяется 22,4 л или 22400 мл кислорода (н.у.). По условиям задачи выделилось 168 см³ или 168 мл газа (н.у.). При этом образовалось

г меди

3. Электролиз раствора К₂SO₄ проводили при силе тока 5 А в течение 3 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде?

Решение: Электролизом называют окислительно-восстановительные реакции, протекающие на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор электролита или его расплав. Ионы металлов с малой алгебраической величиной стандартного потенциала – от Li⁺ до Al³⁺ включительно обладают весьма слабой тенденцией к обратному присоединению электронов, уступая в этом отношении ионам Н⁺. Именно поэтому при электролизе водных растворов соединений, содержащих эти катионы, функцию окислителя на катоде выполняют ионы Н⁺.

При электролизе водных растворов сульфатов, нитратов, фосфатов и т.п. функцию восстановителя выполняет кислород воды, окисляясь при этом по схеме:

2H₂O – 4 e  O₂ + 4H⁺

Количественная храктеристика процессов электролиза введена Фарадеем

где m- масса электролита, подвергшаяся химическому превращению, или масса веществ, продуктов электролиза, выделившихся на электродах; Э- молярная масса эквивалентов вещества или иона. г/моль. Подвергающихся электролизу; I – сила тока, А; t – продолжительность элетролиза, с; F – число Фарадея (96500 Кл/моль).

В водном растворе К₂SO₄ будут находится ионы K⁺, SO₄^2- ,Н⁺ и ОН^-:

К₂SO₄ 2K⁺ + SO₄^2-

Н₂О Н⁺ + ОН^-

При электролизе раствора на аноде будет окисляться вода

2H₂O – 4 e  O₂ + 4H⁺

На катоде восстанавливается ион водорода

2Н⁺ + 2е  Н₂

При этом химическому превращению фактически подвергается вода, а суммарный процесс может быть выражен схемой: 2H₂O  O₂ + 2H₂. Учитывая, что 1 моль эквивалентов воды имеет массу 9 г. Рассчитываем количество разложившейся воды:

Используем уравнение Фарадея для газов

При нормальных условиях 1 моль эквивалентов водорода и кислорода занимают 11,2 л и 5,6 л, соответственно. Используя эквивалентные объемы водорода и кислорода вычисляем объемы, выделившихся водорода и кислорода

водорода

кислорода