Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах

Решение задач на электролиз растворов солей

Задание 268.

Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, в результате чего выделилось 6 л кислорода (н.у.). Составьте уравнения электродных процессов и вычислите силу тока. Ответ: 5,74 А.

Решение:
Стандартный электродный потенциал системы Zn²⁺ + 2    = Zn⁰ (-0,763 В) значительно отрицательне потенциала водородного электрода в кислой среде (0,00 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы Zn²⁺, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

2Н₂О + 2    = Н₂↑ + 2ОН^—

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

2Н₂О — 4    = О₂↑  + 4Н⁺,

поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+2,01 В), характеризующий систему: 2SO₄^2- — 2   = 2S₂O₈^2-. Ионы SO₄^2-, движущиеся при этом к аноду, будут накапливаться  в анодном пространстве.

Силу тока вычисляем из уравнения Фарадея относительно выделившегося объёма газа, имея в виду, что 5 ч = 18000 с и  V_Э(О₂) = 5,6 лг/моль, получим:

I = V ^. F/ V_Э ^. t = 6 ^. 96500/5,6 ^. 18000 = 5,74 A.

Здесь V – объём выделившегося газа, л; V_Э – эквивалентный объём газа, л/моль; I – сила тока,  А;  t – время, с; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

Ответ: I = 5,74 А.

Задание 269.
Электролиз раствора СuSO₄ проводили с медным анодом в течение 4 ч при силе тока 50 А. При этом выделилось 224 г меди. Вычислите выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной). Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах в случае медного и угольного анодов. Ответ: 94,48%.
Решение:
Массу теоретического выхода меди вычислим из уравнения Фарадея, имея в виду, что 4 ч = 14400 с и М_Э(Cu) = 31,77 г/моль, получим:

m(Cu) = М_Э(В) ^. I ^.  t/F = 31,77 ^. 50 ^. 14400/96500 = 237,04 г.

Здесь m(B) – масса выделившегося вещества, г; М_Э(В) – масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока,  А;  t – время, с; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

Выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной) равен:

Стандартный электродный потенциал системы Cu²⁺ + 2   = Cu⁰ (+0,34 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в кислой среде (0,00 В). В  этом случае при электролизе соли на угольных электродах, на катоде будет происходить электрохимическое восстановление меди Cu²⁺:

Cu²⁺ + 2   = Cu⁰

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

2Н₂О — 4   = О₂↑ + 4Н⁺,

поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+2,01 В), характеризующий систему: 2SO₄^2- — 2   = 2S₂O₈^2-. Ионы SO₄²-, движущиеся при этом к аноду, будут накапливаться  в анодном пространстве.

При электролизе соли медного купороса на медном аноде на катоде будет электрохимическое восстановление меди Cu²⁺. На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди, приводящее к выделению в анодное пространство ионов Cu²⁺, поскольку  отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,34 В) значительно ниже, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему:

2Н₂О — 4   = О₂↑ + 4Н⁺

т. е. в данном случае при электролизе будет происходить растворение медного анода и отложение меди на катоде. Электрохимические процессы при данном типе электролиза:

Катод: Cu²⁺ + 2   = Cu0;
Анод: Cu⁰ — 2   = Cu²⁺

Ответ: m% = 94,49%.

Задание 270.
Электролиз раствора NaI проводили при силе тока 6 А в течение 2,5 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах, и вsчислите массу вещества, выделившегося на катоде и аноде? Ответ: 0,56 г; 71,0 г.
Решение:
Стандартный электродный потенциал системы Na⁺ +    = Na⁰ (-2,71 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы Na⁺, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

2Н₂О + 2    = Н₂↑ + 2ОН^—

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов I-, приводящее к выделению йода:

2I^— — 2    = I₂.

поскольку  отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,54 В) значительно ниже, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему:

2Н₂О — 4    = О₂↑ + 4Н⁺

Массу веществ, выделившихся на электродах находим из уравнения Фарадея, имея в виду, что 2,5 ч = 9000 с и М_Э(Н₂) = 1 г/моль, М_Э(I2) = 126,9 г/моль получим:

m(B) = М_Э(B) ^. I ^. t/F
m(H₂) = М_Э(H₂)^.I^. t/F = 1 . 6 ^. 9000/96500 = 0,56 г;
m(I₂) = МЭ(I2) ^. I ^. t/F = 126,9 ^. 6 ^. 9000/96500 = 71,00 г.

m(B) – масса выделившегося вещества, г; М_Э(В) – масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока,  А;  t – время, с; F – число Фарадея, 96500.

Ответ: m(I₂) =   0,56 г; 71,0 г.