Примеры решения задач

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Пример 1. Навеску цветного сплава массой 1.525 г растворили и путем электролиза при постоянной силе тока 0.2 А за 45 мин выделили на катоде медь и на аноде свинец в виде PbO₂. Определите массовую долю (%) меди и свинца в сплаве, если выход по току 100%.

Решение.

.

.

Пример 2. При электролизе металлический шар радиусом 4 мм, помещенный в водный раствор хлорида золота (III) с концентрацией 0.1 М, покрывается слоем золота. Определите толщину пленки золота, если время пропускания тока силой 204 мА составляет 2 часа, а плотность золота равна 19320 кг/м³. Составьте уравнения электродных процессов.

Решение.

Составим уравнение электродных процессов. В водном растворе под действием полярных молекул растворителя протекает процесс диссоциации хлорида золота AuCl₃ по схеме:

AuCl₃ «Au³⁺ + 3Cl^-.

Кроме того, вода является слабым электролитом и ее молекулы диссоциируют на катионы водорода и анионы гидроксогрупп:

H₂O «H⁺ + OH^-.

Следовательно, в водном растворе хлорида золота присутствуют 2 вида катионов (Au³⁺ и H⁺) и 2 вида анионов (Cl^– и OH^–). Катионы золота и водорода способны восстанавливаться на катоде по следующим схемам:

Au³⁺ + 3е^- ® Au,

2H⁺ + 2е^- ® H₂­.

Возможные анодные процессы окисления:

4OH^- – 4е^- ® О₂­ + 2Н₂O,

2Cl^- – 2е^- ® Cl₂­.

Какие именно электрохимические процессы будут протекать у электродов при электролизе, прежде всего, зависит от относительных значений электродных потенциалов соответствую­щих электрохимических систем.

Из нескольких возможных процес­сов будет протекать тот процесс, осуществление которого сопряжено с ми­нимальной затратой энергии. Это означает, что на катоде будут восстанавливаться окисленные формы электрохимических систем, имеющих наибольший электродный потенциал, а на аноде будут окисляться восстановленные формы систем с наименьшим электродным потенциалом.

Воспользуемся уравнением Нернста и определим электродные потенциалы возможных процессов окисления и восстановления:

.

Так как j_Au3+ > j_H+, следовательно, на катоде будут восстанавливаться катионы золота Au³⁺, т.е. на катоде протекает процесс:

(К): Au³⁺ + 3е^- ® Au.

Так как

,

,

т.е. j_OH– > j_Cl–, следовательно на катоде будут окисляться анионы гидроксогрупп OH^–, на аноде протекает процесс:

(А): 4OH^- – 4е^- ® О₂­ + 2Н₂O

За время электролиза t масса золота m, осаждающегося на поверхность шара радиуса r, определяется законом Фарадея:

Подставив данные из условия задачи, определим численное значение массы золотой пленки:

Масса осажденного золота связана с плотностью золотого покрытия r и объемом пленки V _Au соотношением: m = r×V_Au, из которого определим объем осажденной пленки:

см³.

Таким образом, первоначальный объем шара V₀ = 4p/3×r³ в процессе электролиза увеличился (схематично данный процесс изображен на рис.5.5) и составляет:

.

Рис.5.5. Схема шара с осажденным на его поверхности золотом

Воспользуемся выражением для объема шара радиуса R = r + d:

.

Из последнего соотношения найдем толщину слоя золота d:

.

Ответ: Толщина пленки золота, осажденного в процессе электролиза, составляет 0.024 см. В ходе электролиза на электродах протекают следующие процессы:

(К): Au³⁺ + 3е^- ® Au

(А): 4OH^- – 4е^- ® О₂­ + 2Н₂O

Дата добавления: 2014-11-16