Последовательность выделения металлов при электролизе раствора их солей

Задача 692. 

В какой последовательности будут выделяться металлы при электролизе раствора, содержащего в одинаковой концентрации сульфаты никеля, серебра, меди?

Решение:

Стандартные электродные потенциалы систем:
 

Следовательно,  ⁰₂ >⁰₃ > ⁰₁. Поэтому сначала будет выделяться серебро, затем, медь и только после этого никель. 

Ответ: Ag, Cu, Ni.  

Задача 693.
Раствор содержит ионы Fe²⁺, Ag⁺, Bi³⁺, Pb²⁺ в одинаковой концентрации. В какой последовательности эти ионы будут выделяться при электролизе, если напряжение достаточно для выделения любого металла?
Решение:
Стандартные электродные потенциалы систем
 

Следовательно,  ⁰₂ > ⁰₃ > ⁰₄ >  ⁰₁. Поэтому сначала будут выделяться ионы серебра, затем, висмута, свинца и только после этого железа. 

Ответ:  Ag⁺, Bi³⁺, Pb²⁺, Fe²⁺.

Задача 694.
Составить схему процессов, происходящих на медных электродах при электролизе водного раствора КNO₃.
Решение:
Так как значение электродного потенциала системы K⁺ — 2 ⇔ K⁰ (-2,924 В) значительно ниже, чем потенциал водородного электрода в нейтральной среде 2H₂O + 2  ⇔ H₂↑ + 2ОH^— (-0,41 В), а значение электродного потенциала меди намного выше значений потенциалов калия и воды, то на катоде будет наблюдаться восстановление ионов меди:

Cu²⁺ + 2  ⇔ Cu⁰.

Ионы меди будут приходить к катоду от анода, а ионы калия будут накапливаться в катодном пространстве.
На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди, так как электродный потенциал системы
Cu⁰ — 2 ⇔ Cu²⁺  (+0,337 В) значительно ниже электродного потенциала системы
2H₂O — 4  ⇔ O₂↑ + 4Н₊  (+1,228 В):

Cu⁰ — 2  ⇔ Cu²⁺.

Медь – материал анода будет растворяться, и накапливаться вместе с приходящими к аноду нитрат-ионами.

Таким образом, при электролизе раствора нитрата калия на медных электродах происходит растворение медного анода и осаждение чистой меди на медном катоде. Ионы калия и нитрат-ионы в процессе электролиза не участвуют, а являются средой для проведения электролиза и остаются в растворе. Следовательно, энергия электрического тока при этом электролизе расходуется на перенос меди с анода на катод. Данный процесс можно использовать для рафинирования меди очистка её от примесей. Медные пластины соединяют с источником постоянного тока таким образом, чтобы очищения медь была катодом, а неочищенная медь – анодом.

Задача 695.
Имеется раствор, содержащий КСI и Сu(NO₃)₂. Предложить наиболее простой способ получения практически чистого KNO₃.
Решение:
Для получения практически чистого KNO₃ из смеси  КСI и Сu(NO₃)₂ можно предложить электрохимический метод, основанный на проведении электролиза данной смеси. Стандартный электродный потенциал системы: Cu²⁺ + 2  ⇔Cu⁰ (+0,34 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В) и системы: K⁺ + 1  ⇔ K⁰  (-2,924 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов меди:

Cu⁰ — 2  ⇔ Cu²⁺.

Ионы калия будут накапливаться в катодном пространстве.

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов хлора Cl^—, не смотря на то, что стандартный электродный потенциал системы:  Cl^— — 2  ⇔ Cl* (1,359 В) менее положителен, чем системы: 2H₂O — 4  ⇔O₂↑ + 4Н⁺ (1,228В):

2Cl^— — 2  ⇔ 2Cl*;  Cl + Cl* =Cl₂.

Нитрат-ионы будут накапливаться в анодном пространстве. Сложив уравнения катодного и анодного процессов, получим суммарное уравнение электролиза:

Cu²⁺ + 2Cl^—   ⇔   Cu⁰   +   Cl₂↑
                     катод       анод

Ионно-молекулярная форма процесса:

Cu(NO₃)₂ + 2KCl ⇔ Cu + 2K⁺  + Cl₂↑ + 2NO₃^—
                  у катода          у анода

Молекулярная форма процесса:

Cu(NO₃)₂ + 2KCl ⇔Cu + Cl₂↑ + 2КNO₃

Таким образом, при электролизе смеси КСI и Сu(NO₃)₂ на катоде выделяется металлическая медь, а на аноде – газообразный хлор. Оставшиеся ионы калия и нитрат-ионы можно выделить в виде чистой кристаллической соли KNO₃ методом выпаривания из раствора после проведения электролиза смеси солей.