Электролиз (Electrolysis). Уравнение Фарадея | Задания 277-280

Электронные процессы, происходящие на электродах при электролизе солей

 

Решение задач на электролиз солей

 

 

Задание 277. 

При электролизе растворов MgSO4 и ZnСl2, соединенных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделилось 0,25 г водорода. Какая масса вещества выделится на другом катоде; на анодах? Ответ: 8,17 г; 2,0 г; 8,86 г.

Решение:

При электролизе солей растворов MgSO4 и ZnСl2, соединенных последовательно с источником тока, на катоде в растворе MgSO4 будет происходить электрохимическое восстановление воды, а на катоде в растворе ZnСl2 – электрохимическое восстановление ионов цинка, поскольку стандартный электродный потенциал системы Mg2+ -2  = Mg0 (-2,36 B) более отрицательней, чем стандартный электродный потенциал  водородного электрода в нейтральной среде (-041 В) и стандартный электродный потенциал  системы  Zn2+ -2   = Zn0 (-0,763 B), а также стандартный электродный потенциал водородного электрода в слабокислой среде (0,00 В). Поэтому в электролизёре с MgSO4 на катоде выделяется водород, а в электролизёре с ZnСl2 –металлический  цинк. 

На анодах будут происходить электрохимические окислительные процессы: в растворе MgSO4 будет протекать окисление воды с образованием водорода, а в растворе ZnСl2 – окисление хлрид-ионов с выделением газообразного хлора, так как стандартные электродные потенциалы систем:

2SO42- -2 = S2O82-;
2Cl -2 = Cl20;
2H2O -4 = O2↑ = 4H+  

соответственно равны -2,01 В; 1,36 В;  1,23 В. 

Количества веществ, выделяющихся при электролизе эквивалентны друг другу:

 n(Н2) =  n(Cl2) =  n(Zn)

Находим количество эквивалентов водорода, выделившегося на катоде:

 (Н2) = m(Н2)/МЭ2) = 0,25/1 = 0,25 моль.

Тогда

m(O2) =  (О2) . МЭ(O2) = 0,25 . 8 = 2 г;
m(Zn) =  (Zn) . МЭ(Zn) = 0,25 . 32,66 = 8,17 г’
m(Cl2) =  (Cl2) . МЭ(Cl2) = 0,25 . 8,86 = 2 г 

Здесь МЭ(Cl2) = 34,45 г/моль; МЭ(O2) = 8 г/моль; МЭ(Zn) = 32,66 г/моль; МЭ(Н2) = 1 г/моль.

Ответ: m(Zn) = 8,17 г; 2,0 г;  m(Cl2)  = 8,86 г.


Задание 278,
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора Na2SO4. Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде, если на аноде выделяется 1,12 л газа (н.у.). Какая масса H2SO4 образуется при этом возле анода? Ответ: 0,2 г; 9,8 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):

2О + 2   = Н2↑ + 2ОН

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

2О — 4   = О2↑ + 4Н+,

поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+2,01 В), характеризующий систему: 2SO42- — 2  = 2S2O82-. Ионы SO42-, движущиеся при этом к аноду, будут накапливаться  в анодном пространстве.

Суммарно процесс электролиза Na2SO4 можно представить в молекулярной форме:

 

Количества веществ, выделяющихся при электролизе эквивалентны друг другу:

 n(Н2) =  n(O2) = n(H2SO4)

На аноде выделяется кислород, поэтому количество эквивалентов кислорода равно:

 (О2) = V(O2)/VЭ(O2) = 1,12/5,6 = 0,2 моль.

Тогда

m(Н2) =  (Н2) . МЭ2) = 0,2 . 1  = 0,2 г;
m(Н2SO4) =  (Н2SO4) . МЭ(Н2SO4) = 0,2 . 49 = 9,8 г

Здесь МЭ(H2) = 1 г/моль; МЭ2SO4) = 49 г/моль; VЭ(O2) = 5,6 л/моль

Ответ: m(Н2SO4) = 0,2 г; 9,8 г.


Задание 279.
При электролизе раствора соли кадмия израсходовано 3434 Кл электричества. Выделилось 2 г кадмия. Чему равна молярная масса эквивалента кадмия? Ответ: 56,26 г/моль.
Решение:
Расход электричества, необходимый для проведения электролиза равен: Q = I . t = 3434 Кл. Эквивалентную массу металла рассчитаем из уравнения Фарадея относительно массы вещества и количества электричества, подставив в него данные из задачи, получим:

m(В) = МЭ(В) . t/F =  МЭ(В) Q/F
МЭ(Ме) = m(В) . F/Q = (2 . 96500)/3434 = 56,20 г/моль.

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

ОтветМЭ(Ме) = 56,26 г/моль.


Задание 280.
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН. Чему равна сила тока, если в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г газа? Сколько литров газа (н.у,) выделилось при этом на катоде? Ответ: 17,08 А; 8,96 л.
Решение:
Стандартный электродный потенциал системы К+  = К0 (-2,92 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 К+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

2О + 2  = Н2↑ + 2ОН

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов ОН-, приводящее к выделению кислорода:

4ОН — 4  = О2↑ + 2Н2О,

поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,54 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему 2Н2О — 4  = О2↑ + 4Н+.

Силу тока вычисляем из уравнения Фарадея относительно массы газа, имея в виду, что 1 ч  15 мин 20 с = 4520 с и  m(О2) = 6,4 г, получим:

I = m(О2)  . F/ МЭО2) . t = 6,4 . 96500/8 . 4520 = 17,08 A.

При вычислении объёмов выделившихся газов представим уравнение Фарадея в следующем виде: 

V = VЭ . I. t/F

Здесь m(B) – масса выделившегося вещества, г;  V – объём выделившегося газа, л; m(B) – масса выделившегося вещества, г; VЭ – эквивалентный объём газа, л/моль; МЭ(В)масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока,  А;  t – время, с; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объём водорода равен 11,2 л/моль, получим:

V(Н2) = (11,2 . 17,08 . 5420)/96500 = 8,96 л

Ответ: V(Н2) = 17,08 А; 8,96 л.


🎥 Видео

Закон Фарадея (теория + задача). Электролиз. Часть 4-1.Скачать

Закон Фарадея (теория + задача). Электролиз. Часть 4-1.

Электролиз. Задача на закон Фарадея с площадью поверхности и выходом по току.Скачать

Электролиз. Задача на закон Фарадея с площадью поверхности и выходом по току.

Электролиз. Закон Фарадея. 10 класс.Скачать

Электролиз. Закон Фарадея. 10 класс.

Все об электролизе и задании 20 за 20 минут | Химия ЕГЭ 2023 | УмскулСкачать

Все об электролизе и задании 20 за 20 минут | Химия ЕГЭ 2023 | Умскул

ФИЗХА 10-11 класс | Электролиз, закон Фарадея | Олимпиадные задачи по химииСкачать

ФИЗХА 10-11 класс | Электролиз, закон Фарадея | Олимпиадные задачи по химии

Урок 298. Электрический ток в жидкостях. Закон Фарадея для электролизаСкачать

Урок 298. Электрический ток в жидкостях. Закон Фарадея для электролиза

Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза | Физика 10 класс #60 | ИнфоурокСкачать

Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза | Физика 10 класс #60 | Инфоурок

Химическое действие электрического тока. Закон Фарадея. 8 класс.Скачать

Химическое действие электрического тока. Закон Фарадея. 8 класс.

Электролиз. 10 класс.Скачать

Электролиз. 10 класс.

Расчётные задачи с нуля. Глава 6. ЭлектролизСкачать

Расчётные задачи с нуля. Глава 6. Электролиз

ЭлектролизСкачать

Электролиз

Закон ФарадеяСкачать

Закон Фарадея

Электролиз. Решение задач. 1 часть. 10 класс.Скачать

Электролиз. Решение задач. 1 часть. 10 класс.

Закон Фарадея и плотность тока. Олимпиадная задача. Физика+химия.Скачать

Закон Фарадея и плотность тока. Олимпиадная задача. Физика+химия.

Опыты по физике. Электролиз раствора сульфата меди (II). Первый закон ФарадеяСкачать

Опыты по физике. Электролиз раствора сульфата меди (II). Первый закон Фарадея

Электролиз. Законы Фарадея. ЗадачиСкачать

Электролиз. Законы Фарадея. Задачи

Химическое действие электрического тока. Закон Фарадея. Практическая часть. 8 класс.Скачать

Химическое действие электрического тока. Закон Фарадея. Практическая часть. 8 класс.

Задачи на закон Фарадея. Средняя сложность. Электролиз. Часть 4-2.Скачать

Задачи на закон Фарадея. Средняя сложность. Электролиз. Часть 4-2.

Задачи на электролиз с растворимым анодом.Скачать

Задачи на электролиз с растворимым анодом.

Решаем все типы 20 задания ЕГЭ по химии 2024 с 0 за 20 минут! | Екатерина СтрогановаСкачать

Решаем все типы 20 задания ЕГЭ по химии 2024 с 0 за 20 минут! | Екатерина Строганова
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии