Вычисление массы и объема веществ, образующихся при электролизе

 

Задание 261
Электролиз раствора К2SO4 проводили при силе тока 5 А в течение 3 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде? Ответ: 5,03 г; 6,267 л; 3,133 л.
Решение:
Стандартный электродный потенциал системы К+ + 1электрон =  К0 (-2,92 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы К+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

2О + 2электрон  = Н↑ + 2ОН-

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

2О - 4электрон   = О + 4Н+,

поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+2,01 В), характеризующий систему: 2SO42- - 2электрон   = 2S2O82-. Ионы SO42-, движущиеся при этом к аноду, будут накапливаться  в анодном пространстве.

Массу разложившейся воды находим из уравнения Фарадея, имея в виду, что 3 ч = 10800 с и МЭ2О) = 9 г/моль, получим:

m(H2O) = МЭ(В) I  .  t/F = 9 . 5 . 10800/96500 = 5,036 г.

При вычислении объёмов выделившихся газов представим уравнение Фарадея в следующем виде: 

V = VЭ . I . t/F

Здесь V – объём выделившегося газа, л; m(B) – масса выделившегося вещества, г; VЭ – эквивалентный объём газа, л/моль; МЭ(В) – масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока,  А;  t – время, с; F – число Фарадея, 96500.

Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объём водорода равен 11,2 л/моль, а кислорода – 5,6 л/моль, получим:

V(H2) = (11,2 . 5 . 10800)/96500 = 6,267 л;
V(О2) = (5,6 . 5 . 10800)/96500 = 3,133 л;

Ответ: m(H2O) 5,03 г; V(H2)  =  6,267 л; V(О2 =3,133 л.


Задание 262.
При электролизе соли некоторого металла в течение 1,5 ч при силе тока 1,8 А на катоде выделилось 1,75 г этого металла. Вычислите эквивалентную массу металла. Ответ: 17.37 г/моль.
Решение:
Эквивалентную массу металла рассчитаем из уравнения Фарадея относительно эквивалентной массы вещества, подставив в него данные из задачи, получим:

m(В) = МЭ(В)  t/F; 
МЭ(Ме) = m(В) . F/(I . t) = (1,75 . 96500)/(1,8 . 60 . 60 . 1,5) = 17,37 г/моль.

Здесь m(B) – масса выделившегося вещества, г; VЭ – эквивалентный объём газа, л/моль; МЭ(В) – масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока,  А;  t – время, с; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.
Ответ: 17.37 г/моль.


Задание 263.
При электролизе раствора СuSO4 на аноде выделилось 168 см3 газа (н.у.). Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, и вычислите, какая масса меди выделилась на катоде. Ответ:0,953г.
Решение:
Стандартный электродный потенциал системы Cu2+ + 2электрон   =  Cu0 (+0,34 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в кислой среде (0,00 В). В  этом случае на катоде будет происходить электрохимическое восстановление меди Cu2+:

Cu2+ + 2электрон   = Cu0

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

2О - 4электрон   = О2 + 4Н+,

поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+2,01 В), характеризующий систему: 2SO42- - 2  = 2S2O82-. Ионы SO42-, движущиеся при этом к аноду, будут накапливаться  в анодном пространстве.

Эквивалентный объём кислорода равен 5,6 л/моль. Тогда количество эквивалентов выделившегося кислорода равно:

 (О2) = V(O2)/VЭ2) = 0,168/5,6 = 0,03 моль.

Так как  (О2) =  (Cu), то можно рассчитать массу выделившейся меди при электролизе сульфата меди, получим:

m(Cu) =  (Cu) . MЭ(Cu) = 0,03 . 31,77 = 0,953 г.

Ответm(Cu) = 0,953 г.


Задание 264.
Электролиз раствора Na2SO4 проводили в течение 5 ч при силе тока 7 А. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде? Ответ: 11,75 г; 14,62 л; 7,31 л.
Решение:
Стандартный электродный потенциал системы Na+ +1электрон = Na0 (-2,71 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы Na+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

2О + 2электрон    = Н2 + 2ОН-

 

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

2О - 4электрон    = О2 + 4Н+,

поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+2,01 В), характеризующий систему: 2SO42- - 2  = 2S2O82-. Ионы SO42-, движущиеся при этом к аноду, будут накапливаться  в анодном пространстве.

Массу разложившейся воды находим из уравнения Фарадея, имея в виду, что 5 ч = 18000 с и МЭ2О) = 9 г/моль, получим:

m(H2O) = МЭ(В) . t/F = 9 . 7 . 18000/96500 = 11,75 г.

При вычислении объёмов выделившихся газов представим уравнение Фарадея в следующем виде: 

V = VЭ . I. t/F

Здесь V – объём выделившегося газа, л; m(B) – масса выделившегося вещества, г; VЭ – эквивалентный объём газа, л/моль; МЭ(В) – масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока,  А;  t – время, с; Fчисло Фарадея, 96500.
Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объём водорода равен 11,2 л/моль, а кислорода – 5,6 л/моль, получим:

V(H2) = (11,2 . 7 . 10800)/96500 = 14,62 л;
V(О2) = (5,6 . 7 . 10800)/96500 = 7,31 л

Ответ: m(H2O) = 11,75 г; V(H2) = 14,62 л;V(О2) =  7,31 л.