2. Напишите уравнения электродных процессов, которые идут при электролизе на заданных электродах (п.3). Определите, как будет меняться среда у анода и катода в процессе электролиза.

Уравнения электродных процессов при электролизе на Pt –электродах:

K- : 2Н⁺ + 2e → Н₂

Fe²⁺ + 2e → Fe

A+ : H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

В ходе процесса электролиза на катоде расходуются ионы Н⁺ - среда становится менее кислой; на аноде образуются ионы Н⁺ - среда дополнительно подкисляется.

3. Покажите ход поляризационных кривых при электролизе.

При прохождении тока при электролизе изменяются потенциалы электродов электролизера, т.е. возникает электродная поляризация. В результате катодной поляризации потенциал катода становится более отрицательным; в результате анодной поляризации потенциал анода становится более положительным. Изменение потенциалов электродов при прохождении тока отражают поляризационные кривые.

Кроме того, имеются омические потери в проводниках 1-го и 2-го рода. В результате напряжение электролизера больше минимальной разности потенциалов:

U = U_min + I ^.R +DЕ_А + DЕ_К ,

где U - напряжение; U_min - минимальная разность потенциалов; I - ток; R – сопротивление; DЕ_А , DЕ_К - поляризация анода, катода.

4. Покажите, как изменятся электродные процессы, если произвести замену электродов (п.4, табл. к задаче 2.). Напишите уравнения электродных процессов и покажите ход поляризационных кривых при электролизе.

Замена электродов Fe –растворимый электрод.

Процессы на катоде при замене электродов не изменятся.

На аноде: Е⁰_Fe2+/Fe = - 0,44 В; E^р _{О2 / ОН-} =0,935 В.

Так как равновесный потенциал окисления железа значительно отрицательнее равновесного потенциала выделения кислорода, то на аноде пойдет один процесс - окисление железного электрода. Таким образом,

K- : 2Н⁺ + 2e → Н₂

Fe²⁺ + 2e → Fe

A+ : Fe → Fe²⁺ + 2e .

5. Рассчитайте, сколько и каких веществ выделится на катоде, если электролиз проводить при заданной силе тока ( I ) в течение заданного времени (t) при известном выходе металла по току Bi, % .

Количество веществ (железо и водород), выделившихся на катоде, рассчитаем по закону Фарадея:

для массы вещества: m = ;

для объема газа: V = ,

где М_Э - молярная масса эквивалента вещества, г/моль;

V_Э - объем моля эквивалента газа, л/моль;

I - сила тока, А;

τ - время процесса, с;

F = 96500 Кл/моль-экв. - постоянная Фарадея.

Электролиз проводился при заданной силе тока I=12 А в течение времени

t =3 час=10800c ; выход металла по току B_i, =40% .

Запишем объем моля эквивалента водорода при нормальных условиях (Т=273 К, р _газ = 10⁵ Па) и массу моля эквивалента железа:

V⁰_{э, H2} = 11,2 л/моль, M_{э, Fe} = 27,9 г/моль.

тогда m _Fe = ^. B_{i Fe} = ^. 0,4 = 15 г;

V_H2 = ^. B_{i Н2} = ^. 0,6 = 9 л.

ЗАДАЧА 3. Электрохимическая коррозия.

сплав	рН	VO2 , мл	VН2 , мл
Cu-Ni	2	112	112

1. Определите термодинамическую возможность электрохимической коррозии сплава при 298 К в среде с заданным значением pH при контакте с воздухом. Напишите уравнения анодного и катодного коррозионных процессов.

Электрохимическая коррозия термодинамически возможна при условии, если энергия Гиббса коррозионного гальванического элемента DG_КОР < 0;

или при сочетании равновесных потенциалов окислителя Е^р_Ox/Red и металла Е^р_Meⁿ⁺_/Me : Е^р_Meⁿ⁺_/Me < Е^р_Ox/Red .

Стандартные электродные потенциалы (см. табл. 4.1. приложения) металлов заданного сплава:

Е⁰_Cu²⁺_/Cu = + 0,337 B, Е⁰_Ni²⁺_/Ni = - 0,250 B,

так как Е⁰_Ni²⁺_/Ni < Е⁰_Cu²⁺_/Cu , то в образующейся гальванической паре анодом будет никель, а катодом – медь.

По уравнению Нернста определим равновесные потенциалы вероятных окислителей (Н⁺ и О₂) при заданном рН=2, температуре 298 К и относительном парциальном давлении кислорода в воздухе p_O2 = 0,21:

Е^р _Н⁺_/Н2 = - 0,059 ^.pH = -0,059 2 = - 0,118 В ,

E^р _{О2 / ОН}^- = 1,23 +0,0147^. lg p_O2 - 0,059 ^.pH =1,23 +0,0147^. lg 0,21-0,059^. 2=

= 1,1 В.

Так как Е⁰_Ni²⁺_/Ni < Е^р _Н⁺_/Н2 , E^р _{О2 / ОН}^- , то в данной среде термодинамически возможна коррозия никеля с кислородной и водородной деполяризацией:

А^- : Ni → Ni²⁺ + 2e

К⁺ : O₂ + 4H⁺ + 4e → 2H₂O

2H⁺ + 2e → H₂ .