Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Например, при электролизе водного раствора сульфата меди




CuSO4 = Cu2+ + SO42-

H2O <=>H+ + OH-

к катоду движутся ионы Cu2+ и H+, а к аноду - ионы SO42- и OH-.

Рассмотрим, какой из ионов в первую очередь восстанавливается на катоде и окисляется на аноде.

Последовательность восстановления ионов из водных растворов на катоде зависит от величины электродного потенциала восстановления катионов металлических элементов (табл. 5) и электродного потенциала восстановления воды (ионов водорода из воды).

Рассчитаем электродный потенциал восстановления ионов водорода из воды. Для воды (нейтральная среда) концентрация ионов водорода равна 10-7мол/л. Согласно уравнению Нернста, для температуры 25оС электродный потенциал восстановления ионов водорода из воды равен –0,41 (В):

2о/н2 = 0 + 0,059∙Lg10-7 = –0,41 (В).

Как известно, на катоде в первую очередь восстанавливаются ионы с более высоким значением электродного потенциала.

Из двух реакций: Меn+ + nе- = Ме

2О + 2е = H2 + 2OH- е = -0,41 (В)

возможны три варианта:

1.В растворе присутствуют ионы металлических элементов, электродный потенциал которых больше (–0,41В). Из раствора восстанавливаются только ионы металлических элементов

Меn+ + nе- = Ме.

2.В растворе присутствуют ионы металлических элементов, электродный потенциал которых меньше (–0,41В). Из раствора восстанавливаются ионы водорода из воды

2О + 2е = H2 + 2OH-.

3.Для ионов металлических элементов, электродный потенциал которых от (–0,41В) до (–1,18В) (от Сd2+ до AL3+), возможно одновременное восстановление ионов водорода из воды и ионов металлических элементов

Меn+ + nе- = Ме,

2О + 2е = H2 + 2OH-.

Какой из этих двух процессов протекает, зависит от силы тока и формы электрода.

Последовательность окисления ионов из водных растворов на аноде зависит от величины электродного потенциала окисления анионов электролита, электродного потенциала окисления воды, а также вещества, из которого сделан анод.

Аноды подразделяются на:

инертные (нерастворимые), изготовляемые из угля, кокса, графита или платины;

активные (растворимые), изготовляемые, как правило, из металла, соли которого подвергаются электролизу.

На аноде в первую очередь окисляются структурные частицы: молекулы, атомы, ионы, которые имеют наименьшее значение потенциала.

На инертном аноде возможно окисление анионов электролита или окисление воды.

1.Если в растворе присутствуют анионы бескислородных кислот /S2-, Cl-, Br-, J-/, то они окисляются в первую очередь, так как потенциал окисления этих анионов ниже потенциала окисления воды.

Из возможных реакций:

2J- − 2е- = J2 е0 = +0,54 (В),

2О − 4е = O2 + 4H+ е0 = +1,23 (В)

в первую очередь окисляются ионы йода /J-/ с выделением молекулярного йода /J2/

2J- – 2е- = J2.

2.Если же раствор содержит анионы кислородосодержащих кислот (NO3-, CO32-, SO42-, PO43-, SO32-), то в первую очередь окисляются молекулы воды, так как потенциал окисления воды ниже потенциала окисления этих анионов.

Из возможных реакций:

2О − 4е = O2 + 4H+ е0 = +1,23 (В),

2SO42- − 2e- = S2O82- е0 = +2,01 (В)

в первую очередь окисляются молекулы воды с выделением молекулярного кислорода

2О − 4е = O2 + 4H+.

На растворимом аноде происходит окисление вещества, из которого изготовлен анод, так как этот процесс имеет наиболее низкое значение потенциала. Например, при электролизе водного раствора сульфата меди с медным анодом на аноде из возможных реакций окисления:

Cu – 2e- = Cu2+ е0 = +0,34 (В);

2О − 4е = O2 + 4H+ е0 = +1,23 (В);

2SO42- −2e- = S2O82- е0 = +2,01 (В)

в первую очередь окисляется сам анод

Cu – 2e- = Cu2+.

Пример 4. Написать уравнение процесса электролиза водного раствора йодида натрия раствора. Электроды графитовые.

Решение. По таблице растворимости находим, что йодид натрия является сильным электролитом. Запишем схему процесса электролиза водного раствора йодида натрия.

NaJ = Na+ + J-

Н2О <=> H+ + OH-

Катод (–) (+)Анод

Na+, H+2О) J-, OH-2О).

 

Рассмотрим, какой из ионов в первую очередь восстанавливается на катоде (Na+, H+2О)и окисляется на аноде (J-, OH-2О).

По таблице стандартных электродных потенциалов находим, что электродный потенциал восстановления ионов натрия (е0Na+/Na) равен –2.71 (В). Электродный потенциал восстановления H+ из воды (е0H2O/H2) равен –0,41 (В). Поэтому в первую очередь на катоде восстанавливаются ионы водорода из воды. На аноде в первую очередь окисляются ионы йода (J-), так как это анионы бескислородных кислот.

Катод 1 2Н2О + 2е = H2 + 2OH-

Анод 1 2J- − 2е- = J2


ионное уравнение 2Н2О + 2J- = H2 + J2 + 2OH-

молекулярное уравнение 2Н2О + 2NaJ = H2 + J2 + 2NaОН.

 

При электролизе водного раствора йодида натрия получаются вещества – водород, йод и гидроксид натрия.

Пример 5. 3.Написать уравнение процесса электролиза водного раствора нитрата серебра с инертным анодом. Рассчитать объем выделившегося при этом газа (при нормальных условиях), если выделилось 4,32 г. серебра.

Решение. По таблице растворимости находим, что нитрат серебра является сильным электролитом. Запишем схему процесса электролиза водного раствора нитрата серебра

AgNO3 = Ag+ + NO-3

Н2О <=> H+ + OH-

Катод (–) (+) Анод

Ag+, H+2О) NO3-, OH-2О)

Катод 4 Ag+ + е = Ag

Анод 1 2Н2О − 4е = O2 + 4H+


ионное уравнение 4Ag+ +2Н2О = 4Ag + O2 + 4H+

молекулярное уравнение 4AgNO3 + 2Н2О = 4Ag + O2 + 4HNO3.

При электролизе водного раствора нитрата серебра получаются вещества – серебро, кислород и азотная кислота. Из химического уравнения следует, что при электролизе на 4 моля атомов серебра (атомная масса 108 г/моль) получается 1 моль молекул кислорода (22,4л при нормальных условиях).

Составим соотношение (4 · 108) г Ag − 22,4 л О2

4,32 г Ag − Х

При электролизе выделилось кислорода.

Пример 6. Написать уравнение процесса электролиза водного раствора сульфата калия с графитовыми электродами. На катоде выделить 0,112 л газа. Сколько выделилось газа на аноде?

Решение. По таблице растворимости находим, что сульфат калия является сильным электролитом. Запишем схему процесса электролиза водного раствора сульфата калия.

K2SO4 = 2K+ + SO42-

Н2О <=> H+ + OH-

Катод (−) (+) Анод

K+, H+2О) SO42-, OH-2О)

Катод 2 2Н2О + 2е = H2 + 2OH-

Анод 1 2Н2О – 4е = O2 + 4H+


ионное уравнение 4 Н2О + 2Н2О = 2H2 + O2 + 4OH- + 4H+

молекулярное уравнение 2Н2О = 2H2 + O2.

При электролизе водного раствора сульфата калия получаются вещества – водород (на катоде) и кислород (на аноде).

Из химического уравнения следует, что при электролизе на 2 моля молекул водорода получается 1 моль молекул кислорода. Так как кислорода выделяется по объему в 2 раза меньше, на аноде выделилось 0,112 л / 2 = 0,056л.

Пример7. Написать уравнение процесса электролиза водного раствора сульфата меди (II). Анод - активный.

Решение. По таблице растворимости находим, что сульфат меди (II) является сильным электролитом. В отличие от примеров с инертным анодом, анод изготовлен из металла меди. Запишем схему процесса электролиза водного раствора сульфата меди (II).

CuSO4 = Cu2+ + SO42-

Н2О <=> H+ + OH-

Катод (−) (+) Анод

Cu2+, H+2О) SO42-, OH-2О), Cu

В этом случае идет окисление (растворение) материала анода по схеме

Катод 1 Cu2+ + 2е = Cu

Анод 1 Cu − 2е = Cu2+

Cu2+ + Cu = Cu + Cu2+.

В этом случае имеет место перенос металла меди в виде ионов меди (Cu2+) с анода на катод.

ЗАДАНИЕ

 

141. При какой концентрации ионов Zn2+ (в моль/л) потенциал цинкового электрода будет на 0.015(В) меньше его стандартного электродного потенциала?

 

142. Составить схемы двух гальванических элементов, в одном из которых никелевый электрод является катодом, а в другом – анодом. Написать уравнения реакций, протекающих при работе этих элементов. Рассчитать ЭДС элементов.

 

143. Составить схемы электролиза водных растворов серной кислоты, хлорида меди, нитрата свинца с графитовыми электродами.

 

144. Магниевую пластинку опустили в раствор его соли. При этом электродный потенциал магниевого электрода оказался равен –2,41(В). Вычислить концентрацию ионов магния в растворе (моль/л).

 

145.Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного из железной и свинцовой пластинок, опущенных в 0,1М растворы их солей. Составить схему гальванического элемента. Написать уравнение реакции.

 

146.Составьте уравнения процессов, протекающих при электролизе расплавов NaOH и NiCl2 с инертными электродами.

147.Электродный потенциал водородного электрода равен –0,145(В). Определить водородный показатель (рН) раствора.

 

148.Рассчитать ЭДС концентрационного никелевого гальванического элемента. Концентрация ионов металла в растворах равна 1 моль/л и 0,0001 моль/л. Составить схему гальванического элемента. Написать уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде.

 

149.Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов хлорида бария и хлорида железа (II) с графитовыми электродами.

 

150.Потенциал водородного электрода в некотором водном растворе равен –118мВ. Вычислить концентрацию ионов водорода в этом растворе.

151.Составить схему гальванического элемента, состоящего из серебряного электрода, погруженного в 1М раствор нитрата серебра и стандартного водородного электрода. Написать урaвнение реакции. Чему равна ЭДС элемента.

152.Составить схемы электролиза водного раствора хлорида цинка, если а) анод цинковый; б) анод графитовый.

 

153. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи следующих гальванических элементов

а) Mg | Mg2+ | | Pb2+ | Pb

б) Pb | Pb2+| |Cu2+ | Cu

в) Cu | Cu2+| | Ag2+| Ag

если во всех растворах концентрация электролитов равна 1,0 мол/л? Какой металл будет растворяться в каждом из этих случаев? Написать урaвнения реакций. Рассчитать ЭДС элементов.

 

154.При электролизе водного раствора SnCl2 на аноде выделилось 4,48 л. хлора (при нормальных условиях). Какое вещество и в каком количестве выделилось на катоде?

 

155.Составить схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению

Ni + Pb(NO3)2= Ni(NO3)2 + Pb.

Написать электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислить ЭДС этого элемента при стандартных условиях.

 

156.Какие продукты будут выделяться на катоде и аноде в первую очередь при электролизе водных растворов с графитовыми электродами, если в электролите находится смесь сульфата меди (II) и хлорида калия.

 

157. ЭДС гальванического элемента, образованного медной пластинкой, погруженной в раствор ее соли с концентрацией ионов меди, равной 0,001 моль/л и хромом, погруженным в раствор его соли, равна 1,05 В. Определите концентрацию ионов хрома в растворе его соли. Составьте схему гальванического элемента и напишите электронные уравнения электродных процессов.

 

158.Составьте схему процессов, происходящих на медных электродах при электролизе водного раствора нитрата калия.

159.Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией ионов металлов, равной 1 моль/л. Изменится ли ЭДС этого гальванического элемента, если концентрацию каждого из ионов уменьшить до 0,01 моль/л.

 

160.В какой последовательности будут выделяться металлы при электролизе раствора, содержащего в одинаковой концентрации сульфаты никеля, серебра, меди. Написать уравнения процессов на электродах.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-26; Просмотров: 13943; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.063 сек.