Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах

 

Задание 268.
Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, в результате чего выделилось 6 л кислорода (н.у.). Составьте уравнения электродных процессов и вычислите силу тока. Ответ: 5,74 А.
Решение:
Стандартный электродный потенциал системы Zn2+ + 2 электрон   = Zn0 (-0,763 В)значительно отрицательне потенциала водородного электрода в кислой среде (0,00 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы Zn2+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

2О + 2 электрон   = Н2 + 2ОН-

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

2О - 4 электрон   = О2↑  + 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.

Силу тока вычисляем из уравнения Фарадея относительно выделившегося объёма газа, имея в виду, что 5 ч = 18000 с и  VЭ2) = 5,6 лг/моль, получим:

I = V . F/ VЭ . t = 6 . 96500/5,6 . 18000 = 5,74 A.

Здесь V – объём выделившегося газа, л; VЭ – эквивалентный объём газа, л/моль; I – сила тока,  А;  t – время, с; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

Ответ: I = 5,74 А.


Задание 269.
Электролиз раствора СuSO4 проводили с медным анодом в течение 4 ч при силе тока 50 А. При этом выделилось 224 г меди. Вычислите выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной). Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах в случае медного и угольного анодов. Ответ: 94,48%.
Решение:
Массу теоретического выхода меди вычислим из уравнения Фарадея, имея в виду, что 4 ч = 14400 с и МЭ(Cu) = 31,77 г/моль, получим:

m(Cu) = МЭ(В)  t/F = 31,77 . 50 . 14400/96500 = 237,04 г.

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

Выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной) равен:

Уравнение Фарадея

Стандартный электродный потенциал системы Cu2+ + 2 электрон  = Cu0 (+0,34 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в кислой среде (0,00 В). В  этом случае при электролизе соли на угольных электродах, на катоде будет происходить электрохимическое восстановление меди Cu2+:

Cu2+ + 2 электрон  = Cu0

 

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

2О - 4 электрон  = 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 электрон  = 2S2O82-. Ионы SO42-, движущиеся при этом к аноду, будут накапливаться  в анодном пространстве.

При электролизе медного купороса на медном аноде на катоде будет электрохимическое восстановление меди Cu2+. На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди, приводящее к выделению в анодное пространство ионов Cu2+, поскольку  отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,34 В) значительно ниже, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему

2О - 4 электрон  = О2 + 4Н+

т. е. в данном случае при электролизе будет происходить растворение медного анода и отложение меди на катоде. Электрохимические процессы при данном типе электролиза:

Катод: Cu2+ + 2 электрон  = Cu0;
Анод: Cu0 - 2 электрон  = Cu2+

 

Ответ: m% = 94,49%.


Задание 270.
Электролиз раствора NaI проводили при силе тока 6 А в течение 2,5 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах, и вsчислите массу вещества, выделившегося на катоде и аноде? Ответ: 0,56 г; 71,0 г.
Решение:
Стандартный электродный потенциал системы Na+ электрон  = 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 + 2 электрон   = Н2 + 2ОН-

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов I-, приводящее к выделению йода:

2I- - 2 электрон   = I2.

поскольку  отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,54 В) значительно ниже, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему

2О - 4 электрон   = О2 + 4Н+

Массу веществ, выделившихся на электродах находим из уравнения Фарадея, имея в виду, что 2,5 ч = 9000 с и МЭ2) = 1 г/моль, МЭ(I2) = 126,9 г/моль получим:

m(B) = МЭ(B) . t/F
m(H2) = МЭ(H2).I. t/F = 1 . 6 . 9000/96500 = 0,56 г;
m(I2) = МЭ(I2) . t/F = 126,9 . 6 . 9000/96500 = 71,00 г.

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

Ответ: m(I2) =   0,56 г; 71,0 г.