Решение типовых задач

Пример 1. Через раствор СdSO4 пропускали ток силой 3А в течение 1 часа. Составить электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какие вещества и в каком количестве выделяются на электродах.

а) анод угольный

б) анод кадмиевый

Решение.

При решении данных задач следует помнить, что процесс электролиза состоит из трех последовательных этапов:

диссоциации;

движении ионов при пропускании электрического тока через раствор электролита;

разрядки ионов на электродах.

Чтобы определить, какие частицы участвуют в катодном процессе при электролизе водных растворов электролитов удобно воспользоваться таблицей 2, а на аноде – рисунком 1.

Таблица 2 – Процессы на катоде при электролизе водных растворов

электролитов

Катионы в растворе	(В)	Процессы на катоде
Li+ К+ Са2+ Na+ Mg2+ Al3+	-3,04 -2,94 -2,87 -2,71 -2,36 -1,66	Восстанавливаются молекулы воды Ионы металлов не восстанавливаются
Mn2+ Zn2+ Fe2+ Cd2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+	-1,18 -0,76 -0,44 -0,40 -0,25 -0,14 -0,13	Восстанавливаются как ионы металлов, так и молекулы воды В.
Н+		Восстанавливаются ионы водорода (р-ры кислот)
Сu2+ Ag+ Au3+	+0,34 +0,80 +1,50	Восстанавливаются ионы металлов

Нерастворимый (инертный) C, W, Pt, Ir	Растворимый Cu, Ag, Zn, Cd, Fe, …
Окисляются Анионы бескислородных кислот J-, Br-, Cl-, S2- Молекулы воды в присутствии анионов кислородосодержащих кислот / B + B	Окисляются Только атомы металла анода

Рисунок 1 - Окисление на аноде водных растворов электролитов

Схема электролиза раствора сульфата кадмия

CdSO₄ Cd²⁺ +

K (-) A (+)

Cd²⁺

Н₂О Н₂О

Так как φ^О Сd²⁺ | Cd = - 0,4, то на катоде происходить процессы восстановления как ионов кадмия, так и молекул воды:

2Н₂О + 2е = Н₂↑ + 2 ОН^–

Cd²⁺ + 2e = Cd^O

Таким образом, на катоде будут выделятся водород и кадмий.

Процессы на аноде зависят от материала анода и состава кислотного остатка. При кадмиевом аноде, который относится к растворимым, окисляются атомы кадмия Cd^О - 2e = Cd^2+.

В случае угольного анода, который является инертным, и учитывая, что кислотный остаток cодержит кислород, то на аноде будет происходить окисление молекул воды, приводящее к выделению кислорода.

2Н₂О – 4е = О₂↑ + 4Н⁺

Значит, при электролизе водного раствора CdSO₄ на электродах образуется кадмий, водород и кислород.

Массу или объем выделившихся на электродах веществ рассчитать по математическому выражению II закона Фарадея.

; , (15)

где mВ – масса образовавшихся или подвергшихся превращению веществ, г;

J – сила тока, А;

t – время, с;

F – число Фарадея (96500 Кл/моль);

Mэк (В) – молярная масса эквивалента вещества, г/моль;

V эк (В) – эквивалентный объем газа, л.

Для определения массы веществ воспользуемся формулой 15

Мэк (Сd) = = = 56 г/моль

а.

б. V_ЭК Н = 11,2 л,

V_ЭК О = 5,6 л,

в.

Пример 2. Через раствор сульфата меди (II) пропустили ток силой 10 А в течение часа, при этом на катоде выделилось 11,2 г меди. Вычислить выход меди по току.

Дано: Решение:

t = 1ч Составим уравнения реакций, протекающих на электродах

m(Cu)= 11,2

CuSO₄ ↔ Cu²⁺ +

(-) K Cu²⁺ + 2 e = Cu⁰

(+) А - е ≠

2Н₂О – 4 е = О₂ + 4 Н⁺

Выходом по току называется выраженное в процентах отношение количества фактически полученного продукта электролиза к теоретическому, соответствующему количеству прошедшего электричества.

Выход по току выражается формулой

100%, (16)

где Bi – выход по току i-го вещества;

mi – масса i-го вещества, выделившегося фактически;

m – масса выделившегося вещества теоретически;

или 100,

где Bi – выход по току i-го вещества;

Qi – количество электричества, израсходованного на превращение i-го вещества;

Q – общее количество электричества, прошедшего через электрод.

Подставим соответствующие значения в формулу (15) и вычислим массу меди

m (Cu теор.) = г = 11,86 г

Выход по току В (Cu) = 100 % = 94,5 %

Ответ: 94,5 %

Поиск по сайту: