Сборник задач и упражнений по химии - 79 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

а ионы Na
+
, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное про-
странство).
На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:
2H
2
O – 4 e = О
2
↑ + 4H
+
,
поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (1,23 В) значительно ниже, чем
стандартный электродный потенциал (2,01 В), характеризующий систему
−−
=−
2
82
2
4
OS2SO2 e
. Ионы
−2
4
SO
,
движущиеся при электролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.
Умножая уравнение катодного процесса на два и складывая его с уравнением анодного процесса, получа-
ем суммарное уравнение процесса электролиза:
+−
+↑++↑= 4HOOH42HOH6
222
.
(у катода) (у анода)
Приняв во внимание, что одновременно происходит накопление ионов Na
+
в катодном пространстве и ио-
нов
−2
4
SO в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей форме:
−+−+
++↑+++↑=+
2
422422
2SO4HO4OH4Na2HSO2NaOH6.
(у катода) (у анода)
Таким образом, одновременно с выделением водорода и кислорода образуется гидроксид натрия (в катод-
ном пространстве) и серная кислота (в анодном пространстве).
Количественная характеристика процессов электролиза определяется законами, установленными Фараде-
ем. Им можно дать следующую общую формулировку:
масса электролита, подвергшаяся превращению при
электролизе, а также масса образующихся на электродах веществ прямопропорциональна количеству
электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита, и эквивалентным массам соответ-
ствующих веществ.
Закон Фарадея выражается следующей формулой:
m = М
э
It / F, (6.4.1)
где m – масса образовавшегося на электродах или подвергшегося превращению вещества, г; М
э
– его эквива-
лентная масса, г/ моль;
I – сила тока, А (ампер); t – время, с; F – число Фарадея (96 500 Кл/моль), т.е. количест-
во электричества, необходимое для осуществления электрохимического превращения одного эквивалента ве-
щества.
П р и м е р 127. Напишите электронные уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе
водного раствора сульфата меди(II). Какая масса меди выделится на катоде и какой объем кислорода выделится
на аноде в течение 1 часа и силе тока равной 4 А?
Решение. Электролиз раствора сульфата меди(II):
(–) К: Cu
2+
, H
2
O;
(+) А:
−2
4
SO , H
2
O.
Катионы металлов (Cu
2+
– Au
3+
), имеющие большое значение ϕ
0
, при электролизе полностью восстанавлива-
ются. Следовательно, на катоде: Cu
2+
+ 2 e = Cu
0
; на аноде окисляются молекулы воды 2H
2
O – 4 e = O
2
↑ + 4H
+
,
так как кислородсодержащие анионы окисляются труднее. Общее уравнение
.OSO2HCu2O2HCuSO2
242
электролиз
24
↑++→+
Эквивалентная масса меди(II) равна 63,54/2 = 31,77 г/моль. Согласно формуле (6.4.1) и условию задачи,
получим
m (Cu) = 31,77⋅4⋅3600 / 96 500 = 4,74 г.
Для вычисления объема кислорода, который выделяется на аноде, отношение
m / M
э
заменяем отношением
()
22
OэO
/VV , где
−
2
O
V
объем кислорода, дм
3
;
()
−
2
Oэ
V эквивалентный объем кислорода, 5,6 дм
3
. Тогда
()
=
= 05096/
22
OэO
ItVV 84,096500/360046,5
=
⋅
⋅
дм
3
.
П р и м е р 128. При пропускании тока через последовательно включенные электролизеры с растворами
AgNO
3
, CuSO
4
, ZnCl
2
в первом электролизере на катоде выделилось 1,118 г металлического серебра. Определи-
те массу меди и цинка, выделившихся во втором и третьем электролизерах.
Решение. Если через последовательно соединенные электролизеры пропустить одно и то же количество
электричества, то на электродах выделяются эквивалентные количества веществ:
ν(Cu) = ν(Zn) = ν(Ag) = m(Ag) / M
э
(Ag) = 1,118/108 = 0,0103 моль;

Страницы