- •2. Напишите уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде в работающем гэ. Напишите уравнение токообразующей реакции.
- •3. Рассчитайте эдс ( е0 э) и максимальную электрическую работу (w0) гэ при с.С. И 298 к.
- •5. Предложите способы увеличения напряжения вашего гэ.
- •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.
- •3. Покажите ход поляризационных кривых при электролизе.
- •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, % .
- •2. Рассчитайте, сколько и какого металла прокорродировало, если в процессе коррозии сплава поглотилось vo2 мл кислорода и выделилось vн2 мл водорода, условия считать нормальными.
- •3. Предложите анодное и катодное покрытия для заданного сплава. Напишите уравнения коррозионных процессов при нарушении целостности покрытия.
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 = Umin + I .R +DЕА + DЕК ,
где U - напряжение; Umin - минимальная разность потенциалов; I - ток; R – сопротивление; DЕА , DЕК - 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: Е0Fe2+/Fe = - 0,44 В; Eр 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 МЭ - молярная масса эквивалента вещества, г/моль;
VЭ - 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 Bi, =40% .
Запишем объем моля эквивалента водорода при нормальных условиях (Т=273 К, р газ = 105 Па) и массу моля эквивалента железа:
V0э, H2 = 11,2 л/моль, Mэ, Fe = 27,9 г/моль.
тогда
m
Fe
=
.
Bi
Fe
=
.
0,4
= 15 г;
VH2
=
.
Bi
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 DGКОР < 0;
или при сочетании равновесных потенциалов окислителя ЕрOx/Red и металла ЕрMen+/Me : ЕрMen+/Me < ЕрOx/Red .
Стандартные электродные потенциалы (см. табл. 4.1. приложения) металлов заданного сплава:
Е0Cu2+/Cu = + 0,337 B, Е0Ni2+/Ni = - 0,250 B,
так как Е0Ni2+/Ni < Е0Cu2+/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 pO2 = 0,21:
Ер Н+/Н2 = - 0,059 .pH = -0,059 2 = - 0,118 В ,
Eр О2 / ОН- = 1,23 +0,0147. lg pO2 - 0,059 .pH =1,23 +0,0147. lg 0,21-0,059. 2=
= 1,1 В.
Так как Е0Ni2+/Ni < Ер Н+/Н2 , Eр 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 .
