Электролиз водного раствора КВr

Решение:

Ионы калия обладают меньшей окислительной способностью, чем вода. Поэтому на катоде происходит восстановление воды, а на аноде – окисление брома, которые обладают большей восстановительной способностью, чем вода.

катод K⁺, HOH; 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^– в-е, о-ль PH > 7

анод Br^–, HOH; 2Br^– – 2e = Br₂ о-е, в-ль

катионы активного металла калия, которые не восстанавливаются на катоде, накапливаются в прикатодном пространстве.

В целом процесс выражается уравнением

4. Электролиз водного раствора СuCl₂.

Решение:

В растворе хлорид меди (II) диссоциирует на ионы: CuCl₂ «Cu²⁺ + 2Cl^–

Значение стандартного электродного потенциала меди (0,34В) положительно, следовательно, ионы меди(II) будут легко восстанавливаться в водных растворах: катод (-) Сu²⁺ + 2e ® Сu.

Хлорид -анионы, как и многие анионы бескислородных кислот, окисляются в водных растворах: анод (+) 2 СI^– -2e® С1₂

Суммарное уравнение процесса:

1 2 Cl^– – 2e ® Cl₂ o-e, в-ль; В

1 Cu²⁺ + 2е ® Cu в-е, о-ль; В

Задача 503

Вычислить массу серебра, выделившуюся на катоде при пропускании тока силой 6А через раствор нитрата серебра в течение 30 мин.

Решение:

Соотношения между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, выделившегося при электролизе, были открыты английским физиком М. Фарадеем в 30-х годах XIX века.

Первый закон. Количества веществ, превращенных при электролизе, пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит.

Второй закон. При прохождении одного и того же количества электричества через различные электролиты количества различных веществ, испытывающие превращение у электродов, пропорциональны химическим эквивалентам этих веществ.

Для выделения или превращения с помощью тока 1г-экв любого вещества необходимо всегда одно и то же количество электричества, называемое числом Фарадея.

Выразим законы Фарадея общим уравнением: ,

где m – масса продукта электролиза, г; I – сила тока, А; t – время, с; F – число Фарадея – 96500 к/г-экв; Э – химический эквивалент, г/г-экв.

Вычисляем массу, выделившуюся на катоде, серебра:

г.

Задача 509

Найти объем кислорода (условия нормальные), который выделится при пропускании тока силой 6А в течение 30 мин через водный раствор KOH.

Решение:

При вычислении объемов выделившихся газов представим уравнение Фарадея в следующей форме: ,

где V – объем выделившегося газа, л; V_э – его эквивалентный объем, л/моль.

Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объем водорода равен 11,2 л/моль, а кислорода - 5,6 л/моль, то получим

л.

Задача 515

При электролизе водного раствора АgNO₃ с нерастворимым анодом в течение 50 мин при силе тока в 3,0 А на катоде выделилось 9,6 г серебра. Вычислить выход по току.

Решение:

При практическом проведении электролиза действительный расход тока, вследствие протекания тех или иных побочных процессов, обычно превышает количество его, рассчитанное согласно закону Фарадея. Поэтому на практике часто приходится иметь дело с коэффициентом использования тока, или с так называемым выходом по току (η – эта).

Выходом по току называется отношение количества практически выделенного при электролизе вещества к тому количеству его, которое должно было бы выделиться согласно закону Фарадея.

Выход по току находим как ,

Отсюда .

Задача 532

Сколько времени нужно пропускать ток силой 2,0 А через раствор сульфата никеля, чтобы покрыть металлическую пластинку 200 см² слоем никеля, толщиной 0,01 мм, если плотность никеля 8,9 г/см³. Выход по току составляет 90 %.

Решение:

Объем покрытия V=S×h = 200× 0,001= 0.2 см³

Масса будет равна m_факт = V × r = 0,2 × 8,9 = 1,78 г.

Эквивалентная масса никеля Э = 29,345 г/моль.

Решая уравнение

относительно t и подставляя в него числовые значения, находим = 3251 с = 54,19 мин.

Итак, при практическом осуществлении электролиза часто наблю­даются кажущиеся отклонения от закона Фарадея. Чаще всего они проявляются при катодном восстановлении электроотрицательных металлов, когда часть электрического тока расходуется на разряд ионов водорода.

Законы электролиза относятся к электролизу растворов, расплавов и твердых электролитов с чисто ионной проводимостью.

Задача 533

Определить толщину слоя металла – Pt (в миллиметрах), нанесенного на другой металл гальваническим методом. Исходный электролит H₂[PtCl₆]. Площадь поверхности металлической пластинки 250 см², плотность пластины 21,47 г/см². Время электролиза 45 мин, ток силой 0,2 А, выход по току составляет 90%.

Решение:

Зная выход по току, определяем количество выделенного при электролизе вещества:

г.

Тогда объем покрытия: и толщина слоя: .

При выполнении задания рекомендуется использовать методические указания [1].

В задачах (472–502) разобрать процессы, протекающие у электродов при электролизе водных растворов веществ, для каждого из них составить общее уравнение реакции

№ задачи	Вещества
	Na2SO4, Cd(NO3)2, KBr, CuCl2
	ZnSO4, NaCl, SnCl2, KNO3
	BaCl2, FeSO4, K3PO4, ZnJ2
	Sr(NO3)2, Cr2(SO4)3, AuCl3, RbCl
	Ca(NO3)2, PdCl2, CoSO4, LiCl
	FeCl3, MgSO4, Cd(NO3)2, CaJ2
	Na2CrO4, SnSO4, HgCl2, BaBr2
	K2SO3, NiSO4, CuJ2, MgCl2
	Pb(NO3)2, H2SO4, HgCI2, KBr
	KOH, CuSO4, МgJ2, SnCl4
	Ba(OH)2, SrCI2, SnBr2, Zn(NO3)2
	HNO3, РЬ(СН3СOO)2, RbCI, ZnBr2
	Sr(ОH)2, BaCl2, СuJ2, Fe2(SO4)3
	H3PO4, TlNO3, CaJ2, ZnBr2
	NaOH, Ni(NO3)2, KCl, PtCl2
	Co(NO3)2, RbOH, MgCl2, AuCl3
	LiCl, H2SO4, ZnBr2, Ag3PO4
	NiSO3, FeS, RbOH, CdCrO4
	Cu(OH)2, H4PtO4, KJ, CaSO4
	LiF, KNO3, TlCl, BaSO4
	PbSO4, CuS, Hg2(NO3)2, AgJ
	Zn(OH)2, CuF2,, KClO4, H2CrO4
	CsOH, HMnO4, AICI3, Pd(NO3)2
	NiCI2, К2SO4, Ве(OН)2, CH3COOH
	MgCl2, RbClO4, NaNO3, HgS
	BiCl3, HBr, Mg(OH)2, BaCO3
	ZnS, MgCO3, Sn(NO3)2, TiCl4
	CaSO4, H2CO3, Sr(OH)2, СоBr2
	KMnО4, Bi(NO3)3, PbS, FeSO3
	Cr(ClО4)3, Na2S, НСl, KVO3
	Ag3PO4, NaNO3, CaCl2, PbJ2

В задачах 503–508 вычислить массу вещества, выделившуюся при пропускании тока через раствор в течение времени:

№ задачи	Процесс	Ток, А	Время, мин
	Осаждение серебра из раствора AgNO3 Осаждение меди из раствора СuSО4 Осаждение золота из раствора АuС13 Осаждение олова из раствора SnSO4 Осаждение меди из раствора CuCI2 Осаждение меди из раствора Сu(NО3)2	6,0 1,5 1,5

В задачах 509–514 найти объем газа (условия нормальные), который выделится при пропускании тока в течение определенного вре­мени через водный раствор соли

№ задачи	Процесс	Ток, А	Время, мин
	Выделение кислорода из водного раствора КОН Выделение водорода из водного раствора КОН Выделение водорода из H2SO4 Выделение кислорода из раствора NаОН Выделение водорода из раствора HNO3 Выделение хлора из раствора NaCI	1,5

В задачах 515–524 вычислить выход по току при электролизе по следующим данным:

№ задачи	Процесс	Ток, А	Время, мин	Изменение массы электрода, г
	Осаждение серебра из раствора AgNO3	3,0		+9,6
	Осаждение меди из раствора CuSO4	2,5		+0,72
	Осаждение никеля из раствора NiSO4	10,0		+53,21
	Осаждение цинка из раствора ZnSO4	3,0		+0,46
	Осаждение меди из раствора Na[Cu(CN)2]	10,0		+58,2
	Растворение меди на аноде	2,0		-16,0
	Растворение серебра на аноде	3,0		-8,3
	Растворение никеля на аноде	5,0		-0,90
	Выделение хлора на аноде	1,05		1,25
	Осаждение магния из расплава MgCl2	0,034		0,1869

В задачах 525–532 определить время, необходимое для нанесения слоя одного металла на другой гальваническим способом

№ задачи	Осажденный металл	Плотность метала, г/см^3	Толщина слоя, мм	Площадь поверхности, см^2	Ток, А	Выход по току, %	Электролит
	Ni	8.90	0.01		2.0		NiSO4
	Cu	8.93	0.05		5.0		CuSO4
	Zn	7.14	0.25				ZnSO4
	Ag	10.49	0.02		0.5		Na[Ag(CN)2]
	Au	19.32	0.001		0.25		K[Au(CN)2]
	Cd	8.64	0.05				CdSO4
	Pt	21.47	0.001		0.2		H2[PtCl6]
	Pb	11.30	0.01		2.0		Pb[BF4]2

В задачах 533–540 определить толщину слоя металла (в миллиметрах), нанесенного на другой металл гальваническим методом

№ задачи	Металлопокрытие	Ток, А	Время электролиза, мин	Выход по току, %	Электролит
Металл	плотность, г/см3	площадь поверхн., см^2
	Pt	21,47		0,2			H2[PtCl6]
	Ag	10,49		0,5			Na[Ag(CN)2]
	Au	19,32		0,3			K[Au(CN)2]
	Cd	8,64		5,0			CdSO4
	Zn	7,14		7,5			ZnSO4
	Cu	8,93		2,7			CuSO4
	Ni	8,90		2,0			NiSO4
	Pb	11,30		1,0			Pb[BF4]2

Дата добавления: 2014-10-31