Составдение схем электролиза солей марганца и натрия

 

Электролиз раствора сульфата марганца MnSO4


Задача 137.
Составить схемы электролиза раствора сульфата марганца, если электроды: а) угольные; б) марганцевые. Напишите электродные уравнения для процессов, протекающих на катоде и аноде.
Решение:
MnSO4 - соль менее активного металла и кислородсодержащей кислоты. Для Mn,металла со средней химической активностью, на катоде происходят одновременно две реакции – образование водорода и выделение металла.

1. Составляем уравнения реакций, протекающих при электролизе водного раствора сульфата марганца(II) с инертными электродами. На катоде восстанавливаются ионы марганца (II) (восстановлением воды можно пртнебречь), на аноде окисляются молекулы воды:

MnSO4 = Mn2+ + SO42–
Mn2+ + 2электрон = Mn0 (катод)
2H2O + 2электрон = Н2↑ + 2ОН (катод)
2H2O - 4электрон = O2↑ + 4H+ (анод)

Ионно-молекулярное уравнение:

Mn2+ + 2электрон + 2H2O + 2электрон + 2H2O - 4электрон = Mn0 + H2↑  + 2OH- + O2↑ + 4H+

Молекулярное уравнение:

MnSO4 + 2H2O = 2Mn + H2↑ (у катода) + H2SO4 + O2↑ (у анода)

Таким образом, при электролизе водного раствора MnSO4 на катоде выделяется газообразный водород и металлический марганец, на аноде газообразный кислород. Продукты электролиза: марганец, водород, кислород и серная кислота.

2. Составляем уравнения реакций, протекающих при электролизе водного раствора сульфата марганца(II) с марганцевыми электродами.
При использовании марганцевого анода окислению подвергается материал анода - марганец, в результате чего анод будет растворяться. 

Mn2+ + 2электрон = Mn0 (катод)
2H2O + 2электрон = Н2 + 2ОН (катод)
Mn0 - 2электрон = Mn2+ (анод)

Ионно-молекулярное уравнение:

Mn2+ + 2Н2О + 2Mn0 = Mn0 + 2Mn2+ + H2↑ + 2OH

После приведения равенства, получим:

Mn0 + 2H2O = H2↑ + Mn2+

Продукты электролиза: H2 и Mn(OH)2.
 


Электролиз раствора иодида натрия


Задача 1.
Найти массу продуктов электролиза раствора иодида натрия, взятого массой 1 кг и содержащего 10% примесей. Выход по току считать равным 90 %. Уравнения электролиза раствора иодида натрия написать подробно с обоснованием катодного и анодного процессов.
Решение:
M(NaI) = 149,89 г/моль;
V(I2) = 253,8089 г/моль;
M(H2) = 2,01588 г/моль.

1. Электродные процессы электролиза 

Стандартный электродный потенциал системы Na+  +  1электрон  = Na0 (-2,713 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):

(-) К: 2Н2О + 2электрон   = Н2^ + 2ОН

На анодух будет происходить окисление хлрид-ионов с выделением газообразного хлора, так как стандартные электродные потенциалы систем: 

2I -2е = I20; 2H2O -4е = O2^ = 4H+  соответственно равны + 0,536 В; 1,23 В:

(+) А: 2I -2электрон = I20

Схема электолиза:

(-) К: 2Н2О + 2электрон   = Н2↑ + 2ОН
(+) А: 2I -2электрон = I20

Ионно-молекулярное уравнение:

2О + 2I = Н2↑ + 2ОН + I2

Молекулярное уравнение:

2О + 2NaI = Н2↑ + 2NaОН (у катода) + I2 (у анода).

Таким образом, при электролизе NaI на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды с выделением газообразного водорода, а ионы ОН и N+ будут образовывать щелочную среду: Na+ + ОН = КОН - растворимое основание. В анодом пространстве будет накапливаться свободный I2.

2. Расчет массы продуктов электролиза

Уравнение реакции имеет вид:

2О + 2КI = Н2↑ + 2КОН + I2 

Из уравнения вытекает: n(NaI) = 0,5n(H2) = 09,5n(I2)

Тогда

n(NaI) = m(NaI)/M(NaI) = 900/149,89 = 6 моль.
n(H2) = n(I2) = n(NaI)/2 = 6/2 = 3 моль.
m(H2) = n(H2) . M(H2) = 3 . 2,01588 = 6,05 г.
m(I2) = n(I2) . M(I2) = 3 . 253,8089 = 761,43 г.

Ответ: m(H2) = 6,05 г; m(I2) = 761,43 г.