КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
ЗАДАЧИ ПО ЭЛЕКТРОЛИЗУ ДЛЯ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ
1. Раствор сульфата железа (+2) подвергается электролизу на угольных электродах в присутствии серной кислоты. При какой концентрации ионов Н+ возможно совместное выделение железа и водорода, если
=1 моль/л?
2. В растворе содержатся соли ZnCl2 и AgNO3. При каком напряжении надо вести электролиз, чтобы полностью разделить ионы Zn2+ и Ag+?
3. Рассчитайте теоретический потенциал разложения водных растворов ZnCl2 , AgNO3, Cu(NO3)2 при электролизе их с графитовыми анодами. Анодный процесс выражается реакцией:
2Н2О – 4е = О2 + 4 Н+. 
= 1,229 В.
4. В какой последовательности и при каком потенциале будут выделяться металлы и водород из нейтрального водного раствора сульфатов, содержащего по 1 г-ион/моль железа и кобальта на платиновом катоде (с учетом перенапряжения выделения водорода на соответствующих металлах; (см. справочные данные в М.У. по электролизу)?
5. Какие вещества образуются при электролизе водных растворов: а) Nа2SO4 и б) NiSO4 на никелевых электродах?
6. Вычислите теоретическую величину напряжения разложения при электролизе водных растворов NiCl2 , FeCl2 и NaCl.
7. Перед электролитическим выделением металла из водного раствора, содержащего примесь катионов других металлов, проводят очистной электролиз, в ходе которого разряжаются ионы примесей до металлов и удаляются тем самым из электролита.
Какие из ниже перечисленных примесей и в какой последовательности будут удаляться из электролита на инертных электродах без выделения основного металла? Написать уравнения катодных процессов. Ответ мотивировать.
| а | цинк | Na+, К+ , Cr3+, Cu2+ ,Ag+ ,Cd2+ |
| б | Медь | Na+, Mn2+, Bi3+, Al3+, Zn2+ |
| в | Никель | Ca+, К+, Bi3+, Co2+, Pb2+, Cd2+ |
| г | Хром | Na+, К+, Fe3+, Fe2+, Ni2+, Mn2+ |
| д | Олово | Zn2+, Pb2+, Bi3+, Cu2+, Hg2+, Cd2+ |
| е | Свинец | Zn2+, Ag+, Bi3+, Cd2+, Cu+, Fe2+ |
| ж | Железо | Na+, Mg2+, Ni2+, Cu2+, Al3+, Ca2+ |
| з | Серебро | Na+, К+, Cr3+, Cu2+, Sn2+, Cd2+ |
| и | Кобальт | Cu2+, Fe2+, Fe3+, Pb2+, Na+, Mn2+ |
Задачи №№ 8-10 обязательно делать всем (независимо от № варианта)
8.На электрохимическое рафинирование в водном растворе H2SO4 поступила медь, содержащая примеси цинка и серебра. Какие процессы будут протекать на аноде и катоде? Где окажутся в результате рафинирования медь, цинк и серебро? Какое время нужно для электролиз при токе 100 А, чтобы на аноде растворилось 1,37 кг меди при выходе по току Вт = 100%?
Для очистки металлов (меди, серебра, золота, свинца, олова и др.) используют метод электролиза «рафинирование». Он заключается в том, что очищаемый металл служит анодом. Он растворяется при электролизе вместе с примесями, потенциал которых более электроотрицателен. Примеси, потенциал которых более положителен, чем у основного металла, не растворяются и выпадают в виде осадка «шлама». На катоде в первую очередь выделяется металл с наиболее положительным потенциалом. Это – золото, серебро, медь, олово, свинец. При малой концентрации положительных примесей в соответствии с уравнением Нернста их потенциал сдвигается в отрицательную сторону, что способствует преимущественному выделению основного металла. См. пример на стр. 292 (рафинирование чернового никеля).
9. Электрохимическое хромирование проводят из раствора хромовой и серной кислот (H2CrO4 + H2SO4). Какие процессы проходят на нерастворимом аноде и и катоде? Рассчитайте время, необходимое для получения хромового покрытия, толщиной 20 мкм при плотности тока i = 1 кА/м2, выходе хрома по току Вт= 30% и плотности хрома 
= 7,14 г/см3. Рассчитайте объёмы других веществ при нормальных условиях, выделившихся на аноде и катоде на единице площади электродов (1 м2) за это время.
Хромирование проводят из раствора, содержащего оксид хрома CrO3 и серную кислоту (соотношение по массе примерно 1:100).Выход по току хрома на катоде составляет 10-20%, остальная доля электричества расходуется на выделение водорода. Реакции осаждения хрома на катоде:
CrO3 + H2O 
CrO42- + 2 H+
CrO42- + 8H+ + 6е Cr + 4 Н2О
Анодом служит листовой свинец, устойчивый в растворе хромирования. На аноде выделяется кислород:
3 Н2О + 6е 3/2 О2 + 6 Н+
Хромовые покрытия отличаются высокой твёрдостью, износостойкостью и красивым внешним видом. Поэтому, несмотря на сложность процесса хромирования, он широко применяется в различных областях техники.
10. Сколько времени необходимо для электрохимического фрезерования в никеле канавки длиной 10 см, шириной 1 см и глубиной 0,1см при токе 100 А и выходе по току 50% ? плотность никеля = 8,9 г/см2.
Теория «Электрохимическая обработка металлов и сплавов - ЭХОМ» на стр.297 учебника Н.В.Коровина.
Разбор задач, аналогичных ниже приведённым, см. в учебнике Коровин Н.В. «Общая химия»
11.Рассчитайте объёмы выделившихся на аноде хлора и кислорода при нормальных условиях из раствора хлорида натрия за 10 ч. при токе 10А и выходе хлора 90%. Какой процесс протекает при этом на катоде?
12.Какая массаH2SO4 (г) образуется около нерастворимого анода при электролизе раствора Na2SO4 , если на аноде выделяется кислород, объём которого, измеренный при нормальных условиях, равен 1,12 л,? Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде.
13.Ток в 3 А в течение 1 ч пропускали через раствор нитрата серебра. Сколько граммов серебра выделилось на катоде и сколько граммов нитрата серебра разложилось?
14.Сколько времени потребуется для полного разложения 2 моль воды током в 3 А?
15. Какие вещества и в каком количестве выделятся на электродах из графита при электролизе водного раствора MgCl2 в течение 0,5 ч при силе тока 2 А?
16. Сколько времени нужно пропускать ток силой 10 А, чтобы разложить 0,1 г-экв вещества?
17. Вычислить химический и электрохимический эквивалент металла, если ток силой в 0,5 А за 1ч 40 мин. выделил 1,52 г металла. ( Электрохимический эквивалент равен: 
)
18.Сколько граммов металла выделилось на катоде при прохождении тока
В 0,5 А в течение 3 ч через раствор NiCl2 ? Сколько и какого вещества выделилось на аноде?
19.При электролизе раствора AgNO3 масса катода увеличилась на 21,4 г за 20 мин. Найдите объём газа, выделившегося на аноде при нормальных условиях.
20.*** Через водный раствор сульфата меди (II) в течение 45,06 мин. пропускали постоянный ток. При этом на графитовых катоде и аноде выделились газы одинакового объёма, а масса одного из электродов увеличилась на 1,1 г. Определите силу тока.
21. Сколько электричества потребуется для выделения из раствора: а) 1г водорода; б) 1г кислорода?
22.Сколько времени нужно пропускать ток в 1 А, чтобы при выходе по току ВТ = 75 % выделить на аноде 0,5 г-экв Сl2?
23. Сколько г-экв. и граммов металла выделилось на катоде, если на аноде выделилось 122 см3 кислорода, измеренного при н.у., а эквивалент металла равен 32,68?
Решения и ответы
1. Совместное выделение Fe и Н2 возможно при 
рН= (-0,77+0,41)/-0,059 = 6.1; 
ОТВЕТ: при СН+ = 10-6 моль/л
2. Теоретическое напряжение разложения равно 
.
На катоде возможны 3 процесса: восстановление водорода из воды, восстановление цинка и восстановление серебра. В данном случае максимальное значение потенциала 
. Так как значение потенциала цинка намного отрицательнее: 
= -0,76 В - на катоде будет восстанавливаться серебро, а цинк в виде ZnCl2 останется в растворе электролита.
Uтеор. = 
ОТВЕТ: 0,57 В.
3. 
Uтеор. = 
= а) 1,229 – (-76) = 1,989 В;
б) 1,229 – 0,79 = 0,439 В; в) 1,229 – 0,34 = 0,889 В.
4. 
1) кобальт; 2) водород (без учёта перенапряжения на платине – посмотреть) 3) железо.
5.
На аноде:
Ni – 2e = Ni2+.
На катоде :
водород и NaOH: 2 Н2О + 2е = Н2(г) + 2(ОН)-;
и никель: Ni2+ + 2e = Ni0 .
6. 
Напряжение разложения Uтеор. равно:
а) Uтеор.= 1.36 – (-0,229) = 1,589 В;
б) 1,36 –(-0,77) = 2,13 В;
в) 1,36 – (-0,41) = 1.77 В.
7.
8. На катоде Cu. В растворе останется Zn2+ и остаток Cu2+. Ag0 – в анодном шламе
На аноде:
Zn0 - 2e = Zn2+
Cu0 – 2e = Cu2+
на катоде:
Cu2+ + 2e = Cu0
Время электролиза рассчитаем по уравнению объединенного закона Фарадея:
9.
На аноде:2 Н2О – 4 е = О2 + 4 Н+;
На катоде: 1) 2 Н+ + 2 е = Н2(г). (70%) и
2) CrO42- + 6 e + 8 H+ = Cr0 + 4 H2O (30%)
Согласно закону Фарадея 
0,3 =
На 1 м2 выделится объём (л), равный при н.у.:
а) кислорода на аноде:
;
б) водорода на катоде:
10. 
0,04 ч = 2,4 мин.
11.
37,6 л
2,09 л
На катоде :
2Н2О + 2 е = Н2(г) + 2 (ОН)-
12.
На аноде идет процесс:
2Н2О - 4 е = О2(г)
На 1 моль О2 образуется 4 Н+, что соответствует 2 моль Н2SО4.
1,12 л О2 =0,05 моль;
На 1 моль О2 образуется 2 моль Н2SО4
на 0.05 -« -« -«-«-«-«-«- 0,1 –«-«-«-«-
0,1 = 9,8 г
13.
ЭAg = 108г/мол-экв. На 108 г Ag расходуется электричества 26,2 А-час.
на Х г Ag - « - « - « - « - « - « - 3 Ах1 ч
Х = 108·3/26,8 =12,09 г
12,09/108 = 0,112 моль Ag. Следовательно, разложилось 0,112 моль AgNO3, или МAgNO3·0,112 = 170·0,112 = 19,04 г AgNO3.
14.
Масса 2 моль воды равна 36 г.
15.
На аноде:
2Cl- - 2e = Cl2(г)
На катоде:
2 Н2О + 2е = Н2(г) + 2(ОН)-
В прикатодном пространстве:
Mg2+ + 2(OH)- = Mg(OH)2(Тв)
16.
На разложение 1 Э идёт 26,8 А-ч электричества
на О.1 Э -------------- 2,68 А-ч --------------
17.
18.
На аноде:
2Cl- - 2e = Cl2(г)
19.
На катоде:
Ag+ + е = Ag.
На восстановление 1 ЭAg идет 26.8 А-ч эл-ва
на восстановление (21,4/108) ЭAg---------- QAg
QAg = 21,4·26,8/108·1 = 5,31 А-ч
На аноде:
2 Н2О – 4 е = О2 + 4 Н+;
20.
На катоде:
1) Сu2+ + 2 е = Cu.
2)2 Н2О + 2е = Н2(г) + 2(ОН)-
На аноде:
2 Н2О – 4 е = О2 + 4 Н+;
QK = QA; QA =QCu + QH2; QCu = QH2
21.
а) 1г Н2 - 1 ЭН; следовательно:
QH2 = 96500 Кл, или 26,8 А-ч;
б) 1 г О2 - 1/8 ЭО2, следовательно:
QО2 = 96500/8 = 12062,5 Кл, или 3,35 А-ч;
22.
23.
122 см3 О2 =122 мл = 122/22400=0,0054 ЭО2.
Q = 0,0054·96500 = 521,1 Кл
Число ЭМе= ЭО2= 0,0054
mМе = 0,0054·32,68 = 0.176 г
Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 305; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Задача №71 | | | Теплопроводность цилиндрической стенки |