Электролиз (Electrolysis). Уравнение Фарадея | Задания 274-276

Подробности
Категория: Химия-Шиманович

Электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов солей

 

 

 

 

Решение задач по химии на электролиз соли

 

 

 

 

Задание 274.
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе раствора КВг. Какая масса вещества выделяется на катоде и аноде, если электролиз проводить в течение 1 ч 35 мин при силе тока 15 А? Ответ: 0,886 г; 70,79 г.
Решение:
Стандартный электродный потенциал системы К+ +  электрон  = 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):

 2Н2О + 2электрон  = Н2↑+ 2ОН-

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов Br-, приводящее к выделению брома:

2Br- - 2электрон  = Br2.

поскольку  отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,07 В) значительно ниже, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему:

2Н2О - 4электрон  = О2↑ + 4Н+

Массу веществ, выделившихся на электродах находим из уравнения Фарадея, имея в виду, что 1 ч 35 мин = 5700 с и МЭ(Н2) = 1 г/моль, МЭ(Br2) = 79,916 г/моль получим:

m(B) = МЭ(B) . I . t/F;

m(H2) = МЭ(H2) . I . t/F =
= 1 . 15 . 5700/96500 = 0,886 г;

m(Br2) = МЭ(Br2) . I . t/F =
= 79,916 . 15 . 5700/96500 = 70,81 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(H2) = 0,886 г; m(Br2) = 70,81 г.

Задание 275.
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора СuCl2. Вычислите массу меди, выделившейся на катоде, если на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.). Ответ: 1,588 г.
Решение:
а) Электролиз соли хлорида меди на угольных электродах:
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 ионов Cl-, приводящее к выделению хлора:

2Cl- - 2 электрон  = Cl2↑.

поскольку  отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,36 В) значительно выше, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему

2Н2О - 4 электрон   = О2↑ + 4Н+

 Чтобы вычислить массу меди, выделившейся на катоде при электролизе CuCl2, рассчитаем количество эквивалентов хлора, выделившегося на аноде, зная его объём и эквивалентный объём, получим:

Эквивалентный объём хлора равен 11,2 л/моль. Тогда количество эквивалентов выделившегося хлора равно:

 (Cl2) = V(Cl2)/VЭ(Cl2) =
= 0,560/11,2 = 0,05 моль.

Так как  (Cl2) =  (Cu), то можно рассчитать массу выделившейся меди при электролизе CuCl2, получим:

m(Cu) =  (Cu) . MЭ(Cu) =
= 0,05 . 31,77 = 1,588 г.

Ответ: m(Cu) = 1,588 г.

Задание 275.
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора СuCl2. Вычислите массу меди, выделившейся на катоде, если на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.). Ответ: 1,588 г.
Решение:
а) Электролиз соли медного купороса на угольных электродах:
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 ионов Cl-, приводящее к выделению хлора:

2Cl- - 2 электрон  = Cl2↑.

поскольку  отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,36 В) значительно ниже, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему

2Н2О - 4 электрон   = О2↑ + 4Н+

 Чтобы вычислить массу меди, выделившейся на катоде при электролизе CuCl2, рассчитаем количество эквивалентов хлора, выделившегося на аноде, зная его объём и эквивалентный объём, получим:

Эквивалентный объём хлора равен 11,2 л/моль. Тогда количество эквивалентов выделившегося хлора равно:

 (Cl2) = V(Cl2)/VЭ(Cl2) =
= 0,560/11,2 = 0,05 моль.

Так как  (Cl2) =  (Cu), то можно рассчитать массу выделившейся меди при электролизе CuCl2, получим:

m(Cu) =  (Cu) . MЭ(Cu) =
= 0,05 . 31,77 = 1,588 г.

Ответ: m(Cu) = 1,588 г.

Задание 276.
При электролизе соли трехвалентного металла при силе тока 1,5 А в течение 30 мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислите атомную массу металла. Ответ: 114,835.
Решение:
Эквивалентную массу металла рассчитаем из уравнения Фарадея относительно массы вещества, подставив в него данные из задачи, получим:

m(В) = МЭ(В) . I . t/F; 

МЭ(Ме) = m(В) . F/(I . t) =
= (1,071 . 96500)/(1,5 . 60 . 30) =
= 38,278 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.

Учитывая, что металл трёхвалентный рассчитаем его атомную массу:

Аr(Ме) = МЭ(Ме) . В = 38,278 . 3 =
= 114,835, где В – валентность металла.

Ответ: Аr(Ме) = 114,835.