Вычисление массы продуктов электролиза с использованием закона Фарадея

 

Электролиз раствора серной кислоты 

Задача 39.
Вычислить массу газа, выделившегося на аноде при электролизе раствора серной кислоты, производившегося в течение 10 мин при силе тока 3 А. 
Решение:
р-р H2SO4;
t = 10 мин = 600 с; 
I = 3 A;
F = 96 500 Кл/моль
m (O2) - ?
Электролиз раствора серый кислоты сводится к электролизу воды:

Диссоциация молекулы H2SO4:
 
H2SO4 = 2Н+ + SO42-

На электродах протекают следующие реакции: 

Катод: 2|2Н+ + 2электрон = Н2↑ 
Анод: 1|2H2O - 4электрон = O2↑+ 4H+

Полное уравнение:

+   + 2Н2О = 2Н2↑   + О2↑ + 4Н+

После сокращения ионов водорода в левой и правой частях уравнения, получим:

2О = 2Н2↑   + О2

Так как на аноде выделяется кислород: 

2H2O - 4электрон = O2↑ + 4H+

Тогда 

n = 4

m(O2) = [M(O2) . I . t]/(n . F) = (32 г/моль . 3 А . 600 с)/ (4 . 96500 A . c/моль) = 0,15 г.

Ответ: m(O2) = 0,15 г.
 



Электролиз растворов солей нитрата серебра (I), сульфата меди (II) и хлорида золота (III)

Задача 40.
Через последовательно включенные в цепь постоянного тока растворы нитрата серебра (I), сульфата меди (II) и хлорида золота (III) пропускали ток силой в течение 20 мин. Рассчитайте массы металлов, осевших на катоде.
Решение:
р-ры AgNO3; CuSO4; AuCl3
I = 2,5 A
t = 20 мин = 1200 с
F = 96500 Кл/моль
m (Ag) - ?
m (Cu) - ?
m (Au) - ?

1) Все металлы, катионами которых образованы данные соли, находятся в ряду активности металлов «после водорода», значит на катодах будет протекать реакция восстановления только металлов:

►Ag+ + 1электрон = Ag0 ; n = 1, M(Ag) = 108 г/моль;
►Cu2+ + 2электрон = Cu0 ; n = 2, M(Cu) = 64 г/моль;
►Au3+ + 3электрон = Au0 ; n = 3, M(Au) = 197 г/моль.

2) По формуле объединенного закона электролиза:

m (в-ва) = [M(в-ва) . I . t]/(n . F)

Вычисляем массы металлов, получим:

m(Ag) = (108 г/моль . 2,5 А . 1200 с)/ (1 96500 A . c/моль) = 3,358 = 3,36 г;
m(Cu) = (64 г/моль . 2,5 А . 1200 с)/ (2 96500 A . c/моль) = 0,995 = 1,00 г; 
m(Au) = (197 г/моль . 2,5 А . 1200 с)/ (3 . 96500 A . c/моль) = 2,042 = 2,00  г;

Ответ: m(Cu) = 1 г, m(Ag) = 3,36 г, m(Au) = 2 г.