На аноде в первую очередь идут реакции окисления с наименьшим электродным потенциалом.

Возможные анодные реакции:

1) окисление анионов: А - ne = A⁰;

2) окисление молекул воды
2 Н₂О – 4е = О₂ + 4 Н⁺ j = 1, 23 В;

3) окисление ионов ОН при рН > > 7
4ОН - 4е = О₂ + 2 Н₂О j = 0, 401 В

4) окисление растворимого анода, т. е. металла, из которого изготовлен анод: Me - ne = Meⁿ⁺
К нерастворимым электродам относятся аноды из золота, платины, графита, нержавеющей стали и некоторых др. материалов. Аноды из большинства металлов являются растворимыми.

При рассмотрении анодных процессов полезно запомнить несколько простых правил.

· На инертном аноде в первую очередь окисляются анионы беcкислородных кислот, кроме аниона F (пункт 1):
S² - 2е = S⁰ j = - 0, 447 В;
2 I - 2е = I₂ j = 0, 54 В;
2 Br -2е = Br₂ j = 1, 1 В;
2 Cl -2е = Cl₂ j = 1, 36 В.
Следует отметить, что стандартный потенциал окисления ионов хлора несколько больше, чем у молекул воды. Но окисление молекул воды осложняется высоким перенапряжением кислорода (достигает до 1, 6 В). Поэтому процесс окисления ионов Cl протекает легче, чем окисление воды.
Во вторую очередь происходит окисление анионов ОН из щелочных растворов (пункт 3).
Анионы кислородсодержащих кислот (SO _, NO , CO и др.), а также анион F из водных растворов не окисляются, так как процесс окисления воды имеет меньший потенциал, даже с учетом кислородного перенапряжения (пункт 2).

· При электролизе с растворимым анодом происходит анодное окисление анода (пункт 4).

Пример 1. Составьте электронные уравнения процессов, протекающих при электролизе раствора хлорида висмута: а) с графитовым анодом;

б) с анодом из металла – висмута.

Решение. Уравнение диссоциации: BiCl₃ ó Bi³⁺ + 3 Cl .

Выписываем ионы и молекулы, находящиеся у поверхности анода и катода, а также значения электродных потенциалов соответствующих процессов.

а)Электролиз с графитовым анодом:

(-) Катод (+)Анод

Bi³⁺, j° = 0, 215 B; Cl , j° = 1, 36 B; H₂O, j° = - 0, 83 B. H₂O, j° = 1, 23 B

Выбираем катодный процесс с наибольшим потенциалом и анодный процесс с наименьшим потенциалом, учитывая кислородное перенапряжение при окислении молекул воды:

К (-): Bi³⁺ + 3e → Bi⁰ ‌ x 2 А (+): 2 Cl - 2e → Cl₂ ‌ x3

Молекулярное уравнение электролиза:

2 BiCl₃ + H₂O → 2 Bi + 3 Cl₂ + H₂O

б) Электролиз с анодом из висмута:

(-) Катод (+)Анод

Bi³⁺, j° = 0, 215 B; Cl , j° = 1, 36 B; H₂O, j° = - 0, 83 B. H₂O, j° = 1, 23 B;

Bi³⁺, j° = 0, 215 B.

Bi³⁺ + 3e → Bi⁰ Bi⁰ - 3e → Bi³⁺

Пример 2. Какая масса меди выделится на катоде при электролизе раствора CuS0₄ в течение 1 часа при силе тока 4 А?

Решение. Согласно законам Фарадея

, (1)

где т — масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде;
m_Э — молярная масса эквивалента вещества;
I — сила тока, А;
t — продолжительность электролиза, с.

Молярная масса эквивалента меди m_Э = = 31, 77 г/моль. Подставив в формулу (1) значения m_Э = 31, 77 г/моль, 1=4 А, t= 60∙ 60 = 3600 с, получим

г.

Пример 3. Вычислите молярную массу эквивалента металла, зная, что при электролизе раствора хлорида этого металла затрачено 3880 Кл электричества и на катоде выделяется 11, 742 г металла.

Решение. Подставляя в формулу (1) численные значения, получаем

m_Э = 11, 742 ∙ 96500/3880 = 29, 35 г/моль,

где m = 11, 742 г; I∙ t = Q = 3880 Кл.

Пример 4. Чему равна сила тока при электролизе раствора в течение
1 ч 40 мин 25 с, если на катоде выделилось 1, 4 л водорода (н.у.)?

Решение. Из формулы (1)

Так как дан объем водорода, то отношение т/m_Э заменяем отношением , где — объем водорода, л.; — объем молярной массы эквивалента водорода, л. Тогда

Объем молярной массы эквивалента водорода при н.у. равен половине молярного объема 22, 4/2 = 11, 2 л. Подставив в приведенную формулу значения = 1, 4 л, = 11, 2 л, t = 6025 c (1 час 40 мин. 25 с. =
6025 с), находим:

Пример 5. Какая масса гидроксида калия образовалась у катода при электролизе раствора K₂SО₄, если на аноде выделилось 11, 2 л кислорода (н.у.)?

Решение. Объем молярной массы эквивалента кислорода (н.у.):
22, 4/4 = = 5, 6 л. Следовательно, 11, 2 л содержат две молярные массы эквивалента кислорода. Столько же молярных масс эквивалента КОН образовалось у катода. Отсюда: г.

(56, 11 г/моль — молярная масса и молярная масса эквивалента КОН).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

261. Электролиз раствора К₂SO₄ проводили при силе тока 5 А в течение 3 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде?
Ответ: 5, 03 r; 6, 266 л; 3, 133 л.

262. При электролизе соли некоторого металла в течение 1, 5 ч при силе тока 1, 8 А на катоде выделилось 1, 75 г этого металла. Вычислите эквивалентную массу металла.
Ответ: 17, 37 г/моль.

263. При электролизе раствора CuSO₄ на аноде выделилось 168 см³ газа (н.у.). Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, и вычислите, какая масса меди выделилась на катоде.
Ответ: 0, 953 г.

264. Электролиз раствора Na₂SO₄ проводили в течение 5 ч при силе тока 7 А. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде?
Ответ: 11, 75 г; 14, 62 л; 7, 31 л.

265. Электролиз раствора нитрата серебра проводили при силе тока 2 А в течение 4 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса серебра выделилась на катоде и каков объем газа (н.у.), выделившегося на аноде?
Ответ: 32, 20 г; 1, 67 л.

266. Электролиз раствора сульфата некоторого металла проводили при силе тока 6 А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделилось 5, 49 г металла. Вычислите эквивалентную массу металла.
Ответ: 32, 7 г/моль.

267. На сколько уменьшится масса серебряного анода, если электролиз раствора AgNO₃ проводить при силе тока 2 А в течение 38 мин 20 с? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах.
Ответ: 5, 14 г.

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.

269. При электролиз раствора CuSО₄ с медным анодом в течение 4 ч при силе тока 50 А было получено 224 г меди. Вычислите выход по току. Составьте электронные уравнения процессов, протекающих на электродах в случае: а) медного анода; б) угольного анода.
Ответ: 94, 48%.

270. Электролиз раствора NaI проводили при силе тока 6 А в течение 2, 5 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах, и вычислите массу вещества, выделившегося на катоде и аноде?
Ответ: 0, 56 г; 71, 0 г.

271. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора AgNO₃. Определите расход электричества, если при проведении электролиза с серебряным анодом его масса уменьшается на 5, 4 г.
Ответ: 4830 Кл.

272. Электролиз раствора CuSО₄ проводили в течение 15 мин при силе тока 2, 5 А. Выделилось 0, 72 г меди. Составьте электронные уравнения процессов, протекающих на электродах в случае медного и угольного анодов. Вычислите выход по току.
Ответ: 97, 3%.

273. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе расплавов и водных растворов NaCl и КОН. Сколько литров (н.у.) газа выделится на аноде при электролизе гидроксида калия, если электролиз проводить в течение 30 мин при силе тока 0, 5 А?
Ответ: 0, 052 л.

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.

275. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора CuCl₂. Вычислите массу меди, выделившейся на катоде, если на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.).
Ответ: 1, 588 г.

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, 82.

277. При электролизе растворов MgSO₄ и ZnCI₂, соединенных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделилось 0, 25 г водорода. Какая масса вещества выделится на другом катоде; на анодах?
Ответ: 8, 17 г; 2, 0 г; 8, 86 г.

278. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора Na₂SО₄ Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде, если на аноде выделяется 1, 12 л газа (н.у.).
Какая масса H₂SO₄ образуется при этом возле анода?
Ответ: 0, 2 г; 9, 8 г.

279. При электролизе раствора соли кадмия израсходовано 3434 Кл электричества. Выделилось 2 г кадмия. Чему равна молярная масса эквивалента кадмия?
Ответ: 56, 26 г/моль.

280. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН. Чему равна сила тока, если в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6, 4 г газа? Сколько литров газа (н.у.) выделилось при этом на катоде?
Ответ: 17, 08 А; 8, 96л.