5.2.Электролиз

При электролизе растворов и расплавов под действием электрического тока протекают окислительно-восстановительные реакции. При этом на аноде (А+) идет процесс окисления, а на катоде (К-) – процесс восстановления.

Порядок разряда частиц (атомов, молекул, ионов) на электродах следующий: на аноде в первую очередь окисляются частицы, имеющие наименьший электродный потенциал; на катоде в первую очередь восстанавливаются частицы, имеющие наибольший потенциал.

Следует иметь в виду, что при электролизе водных растворов солей металлов на электродах возможно разложение воды:

на катоде 2Н₂О + 2е = Н₂ + 2ОН^-

на аноде 2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺

В связи с этим при электролизе водных растворов солей металлов, электродный потенциал которых более отрицателен, чем у алюминия (Е⁰ _Al3+/Al =1,67B), на катоде из воды выделяется водород. При электролизе водных растворов солей металлов, стандартный электродный потенциал которых больше нуля, на катоде восстанавливается металл; в остальных случаях происходит одновременное выделение на катоде водорода и металла.

При электролизе водных растворов, содержащих анионы SO₄^2-, PO₄^3-, NO₃^-, S₂O₃^2-, F^-, на аноде разлагается вода с выделением кислорода.

Различают электролиз с инертным (нерастворимым) анодом и с активным (растворимым) анодом. В последнем случае (например, медь, никель и т.д.) анод окисляется и переходит в раствор. Инертный анод (например, платина, графит и т.д.) не принимает участие в процессе электролиза.

Пример 5.2.1. Какая масса меди выделится на катоде при электролизе раствора CuSO₄ в течение 1 ч при силе тока равном 4 А?

Решение. Согласно законам Фарадея, m=Эlt / 96500,

где т — масса вещества, окисленного или 'восстановленного на электроде; Э — эк­вивалентная масса вещества; I— сила тока. A; t — продолжительность электролиза, с. Эквивалентная масса меди в CuS0₄ составит 63,54:2 = 31,77 г/моль. Подставив в закон Фарадея значения Э=31,77, I=4А, t=60 • 60=3600 с., получим

m = 31,77*4*3600 / 96500 = 4,89 г Cu

Пример 5.2.2. Какая масса гидроксида калия образовалась у катода при электролизе раствора К₂SO₄, если на аноде выделилось 11,2 л кислорода (н.у.)?

Решение. Эквивалентный объем кислорода (н.у.) 22,4/4 = 5,6 л. Следовательно, 11,2 л содержат две эквивалентные массы кислорода. Столько же эквивалентных масс КОН образовалось у катода, или 56,11 • 2 = 112,22 г (56,11 г/моль — мольная и эквивалентная масса КОН).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

136. Электролиз раствора К₂SO₄ проводили при силе тока 5 А в течение 3 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде?

137. При электролизе соли некоторого металла в течение 1,5 ч при силе тока 1,8 А на катоде выделилось 1,75 г этого металла. Вычислите эквивалентную массу металла.

138. При электролизе раствора CuSO₄ на аноде выделилось 168 см³ газа (н.у.). Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, и вычис­лите, какая масса меди выделилась на катоде.

139. Электролиз раствора Na₂SO₄ проводили в течение 5 ч при силе тока 7 А. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде?

140. Электролиз раствора нитрата серебра проводили при силе тока 2 А в течение 4 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса серебра выделилась на катоде и каков объем газа (н.у.), выделившегося на аноде?

141. Электролиз раствора сульфата некоторого металле проводили при силе тока 6 А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделилось 5,49 г металла. Вычислите эквивалентную массу металла.

142. Насколько уменьшится масса серебряного анода, если электролиз раствора АgNОз проводить при силе тока 2 А в течение 38 мин 20 с? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах.

143. Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, в результате чего выделилось 6 л кислорода (н.у.). Составьте уравнения электродных процессов и вычислите силу тока.

144. Электролиз раствора CuSO₄ проводили с медным анодом в течение 4 ч при силе тока 50 А. При этом выделилось 224 г меди. Вычислите выход по току (от­ношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной).Составьте элек­тронные ура внения процессов, происходящие на медном и уголь­ном анодах.

145. Электролиз раствора Nal проводили при силе тока 6 А в течение 2,5 ч. Сос­тавьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах, и вычислите массу вещества, выделившегося на катоде и аноде?

146. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора АgNОз. Если электролиз проводить с сереб­ряным анодом, то его масса уменьшается на 5,4 г. Определите расход электричества при этом.

147. Электролиз раствора CuSO₄ проводили в течение 15 мин при силе тока 2,5 А. Выделилось 0,72 г меди. Составьте электронные уравнения процессов, проис­ходящие на медном и угольном анодах. Вычислите выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной).

148. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе расплавов и водных растворов NaCI и КОН. Сколько литров (н.у.) газа выделится на аноде при электролизе гидроксида калия, если элек­тролиз проводить в течение 30 мин при силе тока 0,5 А?

149. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе раствора КВr. Какая масса вещества выделяется на ка­тоде и аноде, если электролиз проводить в течение 1 ч 35 мин при силе тока 15 А?

150. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора CuCl₂. Вычислите массу меди, выделившей­ся на катоде, если на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.).