Электрохимические процессы при электролизе

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

Электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом, а электрод, на котором осуществляется процесс окисления, – анодом.

Пример 1

Какой газ и какого объема выделяется при электролизе водного растовра 0,25 н CuSO₄ объемом 250 мл, если в течение 1 часа пропущен ток силой 0,5 А.

Решение: В водном растворе соль CuSO₄ диссоциирует на ионы Сu²⁺ и SO : CuSO₄ Сu²⁺ + SO

Так как из 1 моль CuSO₄ образуется 1 моль Сu²⁺, то из 1 моль CuSO₄ образуется 1 моль ионов Сu²⁺ т.е. 1 эквивалент CuSO₄ дает 1 эквивалент Сu²⁺.

1 экв. Сu²⁺ = fM = 1/2 63,546 = 31,773 г/моль.

Составим схему электролиза:

К(–)Сu²⁺ + 2е^– Cu

А(+) 2Н₂О – 4е^– О₂ +4Н⁺ т.к. кислородсодержащий анион соли.

Таким образом получают газ –кислород.

По закону Фарадея

В 250 мл 0,25 н раствора содержится 0,25 160 = 40 (г) CuSO₄ и 40 0,25 = 10 (г) CuSO₄

Т.к. m=С V M , где С – нормальность; V – объем раствора; М–молярная масса.

Т.к.CuSO₄ образует Cu²⁺ при диссоциации, то

10 г х г.

CuSO₄ Сu²⁺

160 г/моль 64 г/моль

х= =4 (г) Значит: ; х=0,7 (л)

Выделяется 0,7 л кислорода.

Задачи

186. Составьте уравнение реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора сульфата железа (III) при нерастворимом аноде. Рассчитайте массу и объём выделившихся веществ на электродах при токе 10А и времени 0,5ч, при температуре 17°С и давлении 95,76кПа. Выход по току составил 98%.

187. Какова была сила тока при электролизе водного раствора нитрата серебра, если в течение 15мин. был выделен весь металл из 300мл 0,5М раствора. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах.

188. Составьте уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора хлорида меди (II) при нерастворимом аноде. Рассчитайте массу и объём выделившихся веществ при токе 4А и времени 1,5ч при температуре 17°С и давлении 750мм рт.ст. Выход по току составил 85%.

189. Какова была сила тока при электролизе водного раствора нитрата свинца (II), если за 20 мин. был выделен весь металл из 500мл 0,1н раствора. Напишите уравнения протекающих реакций на электродах.

190. При пропускании тока через раствор сульфата никеля (II) за 40мин. на катоде выделилось 30г никеля. Какой газ и в каком объёме выделился за это время на аноде при 17°С и давлении 740мм рт.ст.? Определите силу тока.

191. При пропускании тока через раствор сульфата железа (III) в течение 50мин. на катоде выделилось 56г железа. Какой газ и в каком объёме выделится на аноде при 27°С и давлении 95,76кПа? Составьте уравнение реакций, протекающих на электродах?

192. Составьте уравнения реакции водного раствора нитрата свинца (II). Какой объём 0,1н раствора был взят, если для полного превращения электролита потребовалось 1,5ч? Сила тока равна 4А.

193. Составьте уравнение реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора сульфата натрия при нерастворимом аноде. Какова масса и объём выделившихся веществ на электродах при пропускании тока силой 5А в течение 0,5ч? Температура 20°С и давление 98,42кПа.

194. Какова была сила тока при электролизе водного раствора сульфата меди (II), если в течение 10мин. был выделен весь металл из 250мл 0,25н раствора. Напишите уравнения протекающих реакций.

195. Составьте уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора сульфата железа (II) при нерастворимом аноде. Рассчитайте массу и объём выделившихся на электродах веществ при токе 5А в течение 2ч. при температуре 17°С и давлении 740мм рт.ст. Выход по току составил 90%.

196. При пропускании тока через раствор сульфата железа (III) в течение 20мин. на катоде выделилось 28г железа. Какой газ и в каком объёме выделился на аноде при 20°С и Р=95,75кПа?

197. При пропускании тока через водный раствор хлорида кобальта (II) в течение 50мин. на катоде выделилось 56г Со. Какой газ и в каком объёме выделился на аноде при электролизе водного раствора этой соли при Т=300°К и Р=98,42кПа? Составьте уравнения электродных процессов.

198. Какие вещества выделяются на электродах при электролизе водного раствора хлорида алюминия? Напишите уравнения соответствующих реакций. Рассчитайте массы и объёмы продуктов электролиза, если его проводили при следующих условиях: ток 2А, время 1,2ч, Т=298°К и Р=745мм рт.ст. Выход по току 95%.

199. Какова нормальность водного раствора нитрата серебра, если для выделения всего серебра из 80мл этого раствора потребовалось пропустить ток 0,8А в течение 20мин.

200. При электролизе током 4А в течение 40мин. на катоде выделилось 9,084г металла. Вычислите электрохимический эквивалент этого металла в г/A*ч.

201. При рафинировании меди (электролиз водного раствора сульфата меди (II) с растворимым медным анодом) током силой 30А в течение 4ч. выделилось 224г меди. Определите выход по току?

202. Сколько граммов меди выделится на катоде при пропускании через раствор хлорида меди (II) тока силой 8А в течение 10мин. Выход по току равен 90%. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе с нерастворимым анодом.

203. Напишите схему процесса электролиза водного раствора сульфата меди (II) и рассчитайте объём кислорода при 17°С и 750мм рт.ст., выделившегося на аноде, если на катоде за это время выделилось 0,318г меди?

204. Водный раствор едкого натра подвергли электролизу током 10А в течение 268ч. После окончания электролиза осталось 100г 24%-ного раствора гидроксида натрия. Найдите первоначальную концентрацию раствора?

205. При пропускании постоянного тока силой 6,4А в течение 30мин. через расплав хлорида неизвестного металла на катоде выделилось 1,07г металла. Определите состав соли, которую подвергли электролизу?

206. Чтобы посеребрить медную пластинку массой 10г, её опустили в стакан, содержащий 250г 20%-ного раствора нитрата серебра. Когда пластинку вынули, оказалось, что масса нитрата серебра в растворе уменьшилась на 20%. Какой массой стала посеребренная пластинка и какова концентрация оставшегося раствора нитрата серебра?

207. Электролиз 300г 8%-ного раствора сульфата меди (II) продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 20,5г. Вычислите массовые доли соединений в растворе, полученном после окончания электролиза, и массы веществ, выделившихся на инертных электродах?

208. Электролиз 5%-ного раствора сульфата меди (II) продолжали до тех пор, пока массовая доля растворенного вещества не стала равной 7%. На одном графике изобразите зависимость от времени количества всех веществ, выделившихся на инертных электродах. На другом графике (в тех же масштабах времени) изобразите зависимость массы раствора от времени. Объясните качественные особенности приведенных графиков.

209. При электролизе водного раствора хлорида кальция на катоде выделилось 5,6л водорода. Какой газ и какой массы и объёма выделился при этом на аноде при нормальных условиях?

210. Составьте схему электролитического получения алюминия в промышленности из оксида алюминия с угольными электродами. Как изменится масса угольного анода, если при электролизе выделится 50г алюминия, выход по току 100%.