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:
 стандартные электродные потенциалы
Следовательно,  потенциал02 >потенциал03 > потенциал01. 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
Следовательно,  потенциал02 > потенциал03 > потенциал04 >  потенциал01. Поэтому сначала будут выделяться ионы серебра, за-тем, 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:
2H2O - 4электрон ⇔ O2↑ + 4Н+; потенциал04 = 1,228B.
Так как значение электродного потенциала системы K+ - 2электрон  K0 (-2,924В) значительно ниже, чем потенциал водородного электрода в нейтральной среде 2H2O + 2электрон  ⇔ H2↑ + 2ОH- (-0,41В), а значение электродного потенциала меди намного выше значений потенциалов калия и воды, то на катоде будет наблюдаться восстановление ионов меди:

Cu2+ + 2электрон  ⇔ 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 - 2электрон ⇔ Cu2+  (+0,337В) значительно ниже электродного потенциала системы
2H2O - 4электрон  ⇔ O2↑ + 4Н+  (+1,228В):

Cu0 - 2электрон   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+ + 2электрон  Cu0 (+0,34В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В) и системы K+ + 1электрон   K0  (-2,924В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов меди:

Cu0 - 2электрон  ⇔ 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- - 2электрон   Cl* (1,359В) менее положителен, чем системы:
2H2O - 4электрон  ⇔O2↑ + 4Н+ (1,228В):

2Cl- - 2электрон   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.