Электролиз

Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита.

Как и в гальваническом элементе, электрод, на котором при электролизе происходит восстановление, называется катодом, а электрод, на котором осуществляется процесс окисления, — анодом.

Если система, в которой проводят электролиз, содержит различные окислители, то на катоде будет восстанавливаться наиболее активный из них, т. е. окисленная форма той электрохимической системы, которой отвечает наибольшее значение электродного потенциала. Так, при электролизе кислого водного раствора соли никеля при стандартных концентрациях (или, точнее, активностях) ионов Н+ и Ni²⁺ ([Н+] = [Ni²⁺] = 1 моль/л) возможно восстановление как иона никеля

Ni²⁺ + 2e^- = Ni φ ₁= — 0, 25В

так и иона водорода:

2Н⁺ +2е^-=Н₂ φ ₂₌₀

_{Но поскольку} φ _1< φ _{2, то в этих условиях на катоде будет выделяться именно водород}

Количественная характеристика процессов электролиза определяется законами, установленными Фарадеем. Им можно дать следующую общую формулировку (закон Фарадея): масса электролита, подвергшаяся превращению при электролизе, а также массы образующихся на электродах веществ прямо пропорциональны количеству электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита, и эквивалентным массам со ответствующих веществ.

Закон Фарадея выражается следующим уравнением:

m = ЭIt/F

Здесь m — масса образовавшегося или подвергшегося превращению вещества; Э— его эквивалентная масса; I— сила тока; t— время; F— постоянная Фарадея (96500 Кл/моль), т. е. количество электричества, необходимое для осуществления электрохимического превращения одного эквивалента вещества.

Пример 2. Ток силой 2, 5 А, проходя через раствор электролита, за 30 мин выделяет из раствора 2, 77 г металла. Найти эквивалентную массу металла.

Решение. Решим уравнение закона Фарадея относительно эквивалентной массы металла и подставим в него данные задачи (m = 2, 77 г, I= 2, 5 A, t = 30 мин = 1800 с):

Э = mF/(It)= 2, 77 • 96500/(2, 5 • 1800) = 59, 4 г/моль

Задачи*

165. Составить уравнения процессов, протекающих при электролизе расплавов NaOH и NiCl₂ с инертными электродами.

166. Составить схемы электролиза водных растворов H₂SO₄, CuCl₂, Pb(NO₃)₂ с платиновыми электродами.

167. Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов ВаС1₂ и Pb(NO₃)₂ с угольными электродами.

168. Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворовFеС1₃и Ca(NO₃)₂ с инертным анодом.

169. Составить схемы электролиза водного раствора хлорида цинка, если: а) анод цинковый; б) анод угольный.

170. Составить схемы электролиза водного раствора сульфата меди, если: а) анод медный; б) анод угольный.

171. В какой последовательности будут выделяться металлы при электролизе раствора, содержащего в одинаковой концентрации сульфаты никеля, серебра, меди?

172. Раствор содержит ионы Fe²⁺, Ag+, Bi³+ и РЬ²+ в одинаковой концентрации. В какой последовательности эти ионы будут выделяться при электролизе, если напряжение достаточно для выделения любого металла?

173. Составить схему процессов, происходящих на медных электродах при электролизе водного раствора KN0₃.

174. Имеется раствор, содержащий КСl и Cu(NO₃)₂. Предложить наиболее простой способ получения практически чистого KNO₃.

175.Никель в ряду напряжений стоит до водорода. Объяснить, почему возможно электролитическое выделение никеля из водных растворов его солей.

176.Неочищенная медь содержит примеси серебра и цинка. Что произойдет с этими примесями при электролитическом рафинировании меди?

177.При электролизе растворов СиС1₂ на аноде выделилось 560 мл газа (условия нормальные). Найти массу меди, выделившейся на катоде.

178.Вычислить массу серебра, выделившегося на катоде при пропускании тока силой 6 А через раствор нитрата серебра в течение 30 мин.

179.Сколько времени потребуется для полного разложения 2 молей воды током силой 2 А?

180.Как электролитически получить LiOH из соли лития? Какое количество электричества необходимо для получения 1т LiOH? Составить схемы электродных процессов.

181.Найти объем кислорода (условия нормальные), который выделится при пропускании тока силой 6А в течение 30 мин через водный раствор КОН.

182.Найти объем водорода (условия нормальные), который выделится при пропускании тока силой в 3А в течение 1ч через водный раствор H₂S0₄.

183.Какое количество электричества потребуется для выделения из раствора: а) 2г водорода; б) 2г кислорода?

184.При электролизе водного раствора Cr₂(SO₄)₃ током силой 2А масса катода увеличилась на 8г. В течение какого времени проводили электролиз?

185.При электролизе водного раствора SnCl₂ на аноде выделилось 4, 48л хлора (условия нормальные). Найти массу выделившегося на катоде олова.

186. За 10 мин из раствора платиновой соли ток силой 5 А выделил 1, 517г Pt.Определить эквивалентную массу платины.

187. Чему равна эквивалентная масса кадмия, если для выделения 1г калия из раствора его соли надо пропустить через раствор 1717Кл электричества?

188. При прохождении через раствор соли трехвалентного металла тока силой 1, 5А в течение 30 мин на катоде выделилось 1, 071г металла. Вычислить атомную массу металла.

189. Какой процесс протекает при электролизе водного раствора хлорида олова (II) на оловянном аноде: а) Sn-→ Sn²⁺+2е^-; б) 2С1^-→ С1₂ + 2е^-; в) 2Н₂О→ 2О₂ + 4Н⁺ + 4е^-?

190. При электролизе водного раствора сульфата никеля(П) на аноде протекает процесс: 2Н₂О = 2О₂ +4Н⁺+ 4е^-. Из какого материала сделан анод: а) из никеля; б) из меди; в) из золота?

191. При электролизе водного раствора сульфата калия значение рН раствора в приэлектродном простран: тве возросло. К какому полюсу источника тока присоединен электрод: а) к положительному; б) к отрицательному?

192. При электролизе водного раствора соли значение рН в приэлектродном пространстве одного из электродов возросло. Раствор какой соли подвергся электролизу: а) КС1; б) СиС1₂; в) Cu(NO₃)₂?

193. При электролизе водного раствора NaOH на аноде выделилось 2, 8 л кислорода (условия нормальные). Сколько водорода выделилось на катоде: а) 2, 8л б) 5, 6л; в) 11, 2л; г) 22, 4л?

194. При электролизе раствора хлорида меди(II) мacca катода увеличилась на 3, 2г. Что произошло при этом на медном аноде: а) выделилось 0, 112л С1₂; б) выделилось 0, 56л О₂; в) перешло в раствор 0, 1 моля Си²⁺ г) перешло в раствор 0, 05 моля Си²⁺?

ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Контрольная работа выполняется в соответствии с общими требованиями к оформлению контрольных работ.

Номер варианта выбирается согласно нумерации в общем списке группы. При выполнении расчётных работ использовать справочные данные, приведенные в «Общая химия»/Н.В.Коровин – М.: Высш. шк. 1998 – Эл.диск.

Приложения (с.535 – 542).

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

СТРОЕНИЕ АТОМА ----------------------------------------------------------------- 2