Химические процессы при электролизе и коррозии металлов
Электролиз раствора соли нитрата натрия
Задача 141.
Какие вещества и в каком количестве выделяются на электродах при элекролизе указанных растворов в течение времени, при силе тока и выходу по току? Электролизу подвергается нитрат натрия. Время электролиза 1,5 ч, сила тока 8 А, выход по току 91%.
Решение:
Э(Nа) = 22,989769/1 = 22,989769 г/моль;
(р-р)NaNO3;
I = 8A;
t = 1,5 ч = 90 мин = 5400 с;
n = 91% = 0,91;
1) Химизм электролиза:
2|4|K(-) 2Н2О + 2е = Н2↑ + 2ОН−;
1|2|A(+) 2H2O – 4е = O2 + 4H+.
Суммарное уравнение процесса получим, умножив уравнение на катоде на два и, сложив его с анодным уравнением:
6H2O = 2Н2↑ + 4ОН- (у катода) + О2 + 4Н+ (у анода)
Таким образом, при электролизе водного раствора NaNO3 на аноде выделяется 1 моль (22,4л) О2, а на катоде – 2 моль (44,8 л) Н2.
В катодном пространстве накапливаются: Na+ + ОН− → NaОН
В нодном пространстве накапливаются: H+ + NO3− → HNO3
Уравнение электролиза:
выписываются все продукты реакции с катода, анода и из катодного и анодного пространства
4NaNO3 + 4H2O → 2H2О↑ (у катода) + 4NaОН + O2↑ + 4НNO3 (у анода).
При вычислении объемов выделившихся газов представим уравнение закона Фарадея в следующей форме:
V = (VЭ . I . t)/F, где
V — объем выделившегося газа, л; VЭ — его эквивалентный объем, л/моль; I - сила тока; F - число Фарадея (96500 Кл/моль); t – время (для данного процесса равно 5400 с).
При нормальных условиях эквивалентный объем водорода равен 11,2 л/моль, а кислорода - 5,6 л/моль.
Рассчитаем обемы газов, получим:
V(H2) = (11,2 . 8 . 5400)/96500 = 5 л;
V(O2) = (5,6 . 8 . 5400)/96500 = 2,5 л.
Рассчитаем теоретические массы газов, выделившихся на электродах, получим:
m(H2)теор. = [(V(H2)/22,4)] . М(H2) = (5/22,4) . 2 = 0,45 г;
m(О2)теор. = [(V(О)2)/22,4)] . М(О2) = (2,5/22,4) . 32 = 3,57 г.
Рассчитаем практические массы гаов, выделившихся на электродах, получим:
m(H2)пр. = n(H2) . m(H2)теор. = 0,45 . 0,91 = 0,41 г;
m(O2)пр. = n(O2) . m()2)теор. = 3,57 . 0,91 = 3,25 г.
Ответ: m(H2)пр. = 0,41 г; m(О2)пр. = 3,25 г.
Контактная коррозия металлов Pb/Sn.
Задача 142.
Какой металл будет коррозировать в нейтральной среде? Напишите ионные уравнения реакций и уравнения электродных процессов. Приведите схему образующегося при этом гальванического элемента. Металлы: Pb и Sn.
Решение:
Стандартные электродные потенциалы олова и свинца равны соответственно -0,136 В и -0,126 В. Окисляться, т.е. подвергаться коррозии, будет олово. Олово имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,136 В), чем свинец (-0,126 В), поэтому он является анодом, свинец – катодом. В нейтральной среде коррозия протекает с кислородной деполяризацией, т.е. роль деполяризатора выполняет кислород, растворенный в воде. Тогда ионные уравнения реакций и уравнения электродных процессов будут иметь вид:
Анод: Sn – 2е = Sn2+
Катод: 1/2O2 + H2O + 2е = 2ОН–
Sn + 1/2O2 + H2O = Sn(OH)2
Так как ионы Sn2+ с гидроксид-ионами ОН– образуют малорастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Sn(OH)2:
Sn2+ + 2OH– = Sn(OH)2.
Схама гальванического элемента будет иметь вид:
(-) Sn|Sn2+||Pb2+|Pb (+).