Составление схем электролиза солей марганца и натрия

Электролиз раствора сульфата марганца MnSO₄

Задача 137.
Составить схемы электролиза раствора сульфата марганца, если электроды: а) угольные; б) марганцевые. Напишите электродные уравнения для процессов, протекающих на катоде и аноде.
Решение:
MnSO₄ — соль менее активного металла и кислородсодержащей кислоты. Для Mn,металла со средней химической активностью, на катоде происходят одновременно две реакции – образование водорода и выделение металла.

1. Составляем уравнения реакций, протекающих при электролизе водного раствора сульфата марганца(II) с инертными электродами. На катоде восстанавливаются ионы марганца (II) (восстановлением воды можно пртнебречь), на аноде окисляются молекулы воды:

MnSO₄ = Mn²⁺ + SO₄^2–
Mn²⁺ + 2 = Mn⁰ (катод)
2H₂O + 2 = Н₂↑ + 2ОН^– (катод)
2H₂O — 4 = O₂↑ + 4H⁺ (анод)

Ионно-молекулярное уравнение:

Mn²⁺ + 2 + 2H₂O + 2 + 2H₂O — 4 = Mn⁰ + H₂↑ + 2OH^— ^–+ O₂↑ + 4H⁺

Молекулярное уравнение:

MnSO₄ + 2H₂O = 2Mn + H₂↑ (у катода) + H₂SO₄ + O₂↑ (у анода)

Таким образом, при электролизе водного раствора MnSO₄ на катоде выделяется газообразный водород и металлический марганец, на аноде газообразный кислород. Продукты электролиза: марганец, водород, кислород и серная кислота.

2. Составляем уравнения реакций, протекающих при электролизе водного раствора сульфата марганца(II) с марганцевыми электродами.
При использовании марганцевого анода окислению подвергается материал анода — марганец, в результате чего анод будет растворяться.

Mn²⁺ + 2 = Mn⁰ (катод)
2H₂O + 2 = Н₂ + 2ОН^– (катод)
Mn⁰ — 2 = Mn²⁺ (анод)

Ионно-молекулярное уравнение:

Mn²⁺ + 2Н₂О + 2Mn⁰ = Mn⁰+ 2Mn²⁺ + H₂↑ + 2OH^–

После приведения равенства, получим:

Mn⁰ + 2H₂O = H₂↑ + Mn²⁺

Продукты электролиза: H₂ и Mn(OH)₂.

Электролиз раствора иодида натрия

Задача 1.
Найти массу продуктов электролиза раствора иодида натрия, взятого массой 1 кг и содержащего 10% примесей. Выход по току считать равным 90 %. Уравнения электролиза раствора иодида натрия написать подробно с обоснованием катодного и анодного процессов.
Решение:
M(NaI) = 149,89 г/моль;
V(I₂) = 253,8089 г/моль;
M(H₂) = 2,01588 г/моль.

1. Электродные процессы электролиза

Стандартный электродный потенциал системы Na⁺ + 1 = Na⁰ (-2,713 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):

(-) К: 2Н₂О + 2 = Н₂^ + 2ОН^–

На анодух будет происходить окисление хлрид-ионов с выделением газообразного хлора, так как стандартные электродные потенциалы систем:

2I^– -2е = I₂⁰; 2H₂O -4е = O₂^ = 4H⁺ соответственно равны + 0,536 В; 1,23 В:

(+) А: 2I^– -2 = I₂⁰

Схема электолиза:

(-) К: 2Н₂О + 2 = Н₂↑ + 2ОН^–
(+) А: 2I^– -2 = I₂⁰

Ионно-молекулярное уравнение:

2Н₂О + 2I^– = Н₂↑ + 2ОН^– + I₂

Молекулярное уравнение:

2Н₂О + 2NaI = Н₂↑ + 2NaОН (у катода) + I₂ (у анода).

Таким образом, при электролизе NaI на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды с выделением газообразного водорода, а ионы ОН^– и N⁺ будут образовывать щелочную среду: Na⁺ + ОН^– = КОН — растворимое основание. В анодом пространстве будет накапливаться свободный I₂.

2. Расчет массы продуктов электролиза

Уравнение реакции имеет вид:

2Н₂О + 2КI = Н₂↑ + 2КОН + I₂

Из уравнения вытекает: n(NaI) = 0,5n(H₂) = 09,5n(I₂)

Тогда

n(NaI) = m(NaI)/M(NaI) = 900/149,89 = 6 моль.
n(H₂) = n(I₂) = n(NaI)/2 = 6/2 = 3 моль.
m(H₂) = n(H₂) ^. M(H₂) = 3 ^. 2,01588 = 6,05 г.
m(I₂) = n(I₂) ^. M(I₂) = 3 ^. 253,8089 = 761,43 г.