3. Электролиз водного раствора кВr.

Решение:

Ионы калия обладают меньшей окислительной способностью, чем вода. Поэтому на катоде происходит восстановление воды, а на аноде – окисление брома, которые обладают большей восстановительной способностью, чем вода.

катод K⁺, HOH; 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^– в-е, о-ль PH > 7

анод Br^–, HOH; 2Br^– – 2e = Br₂ о-е, в-ль

катионы активного металла калия, которые не восстанавливаются на катоде, накапливаются в прикатодном пространстве.

В целом процесс выражается уравнением

4. Электролиз водного раствора СuCl2.

Решение:

В растворе хлорид меди (II) диссоциирует на ионы: CuCl₂  Cu²⁺ + 2Cl^–

Значение стандартного электродного потенциала меди (0,34В) положительно, следовательно, ионы меди(II) будут легко восстанавливаться в водных растворах: катод (-) Сu²⁺ + 2e  Сu .

Хлорид -анионы, как и многие анионы бескислородных кислот, окисляются в водных растворах: анод (+) 2 СI^– -2e С1₂

Суммарное уравнение процесса:

1 2 Cl^– – 2e  Cl₂ o-e, в-ль; В

1 Cu²⁺ + 2е  Cu в-е, о-ль; В

Задача 503

Вычислить массу серебра, выделившуюся на катоде при пропускании тока силой 6А через раствор нитрата серебра в течение 30 мин.

Решение:

Соотношения между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, выделившегося при электролизе, были открыты английским физиком М. Фарадеем в 30-х годах XIX века.

Первый закон. Количества веществ, превращенных при электролизе, пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит.

Второй закон. При прохождении одного и того же количества электричества через различные электролиты количества различных веществ, испытывающие превращение у электродов, пропорциональны химическим эквивалентам этих веществ.

Для выделения или превращения с помощью тока 1г-экв любого вещества необходимо всегда одно и то же количество электричества, называемое числом Фарадея.

Выразим законы Фарадея общим уравнением: ,

где m – масса продукта электролиза, г; I – сила тока, А; t – время, с; F – число Фарадея – 96500 к/г-экв; Э – химический эквивалент, г/г-экв.

Вычисляем массу, выделившуюся на катоде, серебра:

г.

Задача 509

Найти объем кислорода (условия нормальные), который выделится при пропускании тока силой 6А в течение 30 мин через водный раствор KOH.

Решение:

При вычислении объемов выделившихся газов представим уравнение Фарадея в следующей форме: ,

где V – объем выделившегося газа, л; V_э – его эквивалентный объем, л/моль.

Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объем водорода равен 11,2 л/моль, а кислорода - 5,6 л/моль, то получим

л.

Задача 515

При электролизе водного раствора АgNO₃ с нерастворимым анодом в течение 50 мин при силе тока в 3,0 А на катоде выделилось 9,6 г серебра. Вычислить выход по току.

Решение:

При практическом проведении электролиза действительный расход тока, вследствие протекания тех или иных побочных процессов, обычно превышает количество его, рассчитанное согласно закону Фарадея. Поэтому на практике часто приходится иметь дело с коэффициентом использования тока, или с так называемым выходом по току (η – эта).

Выходом по току называется отношение количества практически выделенного при электролизе вещества к тому количеству его, которое должно было бы выделиться согласно закону Фарадея.

Выход по току находим как ,

Отсюда .

Задача 532

Сколько времени нужно пропускать ток силой 2,0 А через раствор сульфата никеля, чтобы покрыть металлическую пластинку 200 см² слоем никеля, толщиной 0,01 мм, если плотность никеля 8,9 г/см³. Выход по току составляет 90 %.

Решение:

Объем покрытия V=Sh = 200 0,001= 0.2 см³

Масса будет равна m_факт = V   = 0,2  8,9 = 1,78 г.

Эквивалентная масса никеля Э = 29,345 г/моль.

Решая уравнение

относительно t и подставляя в него числовые значения, находим = 3251 с = 54,19 мин.

Итак, при практическом осуществлении электролиза часто наблю­даются кажущиеся отклонения от закона Фарадея. Чаще всего они проявляются при катодном восстановлении электроотрицательных металлов, когда часть электрического тока расходуется на разряд ионов водорода.

Законы электролиза относятся к электролизу растворов, расплавов и твердых электролитов с чисто ионной проводимостью.

Задача 533

Определить толщину слоя металла – Pt ( в миллиметрах), нанесенного на другой металл гальваническим методом. Исходный электролит H₂[PtCl₆]. Площадь поверхности металлической пластинки 250 см², плотность пластины 21,47 г/см². Время электролиза 45 мин, ток силой 0,2 А, выход по току составляет 90%.

Решение:

Зная выход по току, определяем количество выделенного при электролизе вещества:

г.

Тогда объем покрытия: и толщина слоя: .

При выполнении задания рекомендуется использовать методические указания [1].

В задачах (472–502) разобрать процессы, протекающие у электродов при электролизе водных растворов веществ, для каждого из них составить общее уравнение реакции

№ задачи	Вещества
472	Na2SO4, Cd(NO3)2, KBr, CuCl2
473	ZnSO4, NaCl, SnCl2, KNO3
474	BaCl2, FeSO4, K3PO4, ZnJ2
475	Sr(NO3)2, Cr2(SO4)3, AuCl3, RbCl
476	Ca(NO3)2, PdCl2, CoSO4, LiCl
477	FeCl3, MgSO4, Cd(NO3)2, CaJ2
478	Na2CrO4, SnSO4, HgCl2, BaBr2
479	K2SO3, NiSO4, CuJ2, MgCl2
480	Pb(NO3)2 , H2SO4 , HgCI2, KBr
481	KOH, CuSO4, МgJ2, SnCl4
482	Ba(OH)2, SrCI2, SnBr2, Zn(NO3)2
483	HNO3, РЬ(СН3СOO)2, RbCI, ZnBr2
484	Sr(ОH)2, BaCl2, СuJ2 , Fe2(SO4)3
485	H3PO4 , TlNO3, CaJ2, ZnBr2
486	NaOH, Ni(NO3)2, KCl, PtCl2
487	Co(NO3)2, RbOH, MgCl2, AuCl3
488	LiCl, H2SO4, ZnBr2, Ag3PO4
489	NiSO3, FeS, RbOH, CdCrO4
490	Cu(OH)2, H4PtO4, KJ, CaSO4
491	LiF, KNO3, TlCl, BaSO4
492	PbSO4, CuS, Hg2(NO3)2, AgJ
493	Zn(OH)2, CuF2, , KClO4, H2CrO4
494	CsOH, HMnO4 , AICI3 , Pd(NO3)2
495	NiCI2, К2SO4, Ве(OН)2 , CH3COOH
496	MgCl2 , RbClO4, NaNO3 , HgS
497	BiCl3, HBr , Mg(OH)2 , BaCO3
498	ZnS, MgCO3, Sn(NO3)2 , TiCl4
499	CaSO4, H2CO3, Sr(OH)2, СоBr2
500	KMnО4, Bi(NO3)3, PbS , FeSO3
501	Cr(ClО4)3, Na2S , НСl, KVO3
502	Ag3PO4, NaNO3, CaCl2, PbJ2

В задачах 503–508 вычислить массу вещества, выделившуюся при пропускании тока через раствор в течение времени:

№ задачи	Процесс	Ток, А	Время, мин
503 504 505 506 507 508	Осаждение серебра из раствора AgNO3 Осаждение меди из раствора СuSО4 Осаждение золота из раствора АuС13 Осаждение олова из раствора SnSO4 Осаждение меди из раствора CuCI2 Осаждение меди из раствора Сu(NО3)2	6,0 1,5 5 8 10 1,5	30 12 10 15 60 60

В задачах 509–514 найти объем газа (условия нормальные), который выделится при пропускании тока в течение определенного вре­мени через водный раствор соли

№ задачи	Процесс	Ток, А	Время, мин
509 510 511 512 513 514	Выделение кислорода из водного раствора КОН Выделение водорода из водного раствора КОН Выделение водорода из H2SO4 Выделение кислорода из раствора NаОН Выделение водорода из раствора HNO3 Выделение хлора из раствора NaCI	6 6 3 5 1,5 10	30 30 60 15 6 30

В задачах 515–524 вычислить выход по току при электролизе по следующим данным:

№ задачи	Процесс	Ток, А	Время, мин	Изменение массы электрода, г
515	Осаждение серебра из раствора AgNO3	3,0	50	+9,6
516	Осаждение меди из раствора CuSO4	2,5	15	+0,72
517	Осаждение никеля из раствора NiSO4	10,0	300	+53,21
518	Осаждение цинка из раствора ZnSO4	3,0	10	+0,46
519	Осаждение меди из раствора Na[Cu(CN)2]	10,0	150	+58,2
520	Растворение меди на аноде	2,0	45	-16,0
521	Растворение серебра на аноде	3,0	50	-8,3
522	Растворение никеля на аноде	5,0	10	-0,90
523	Выделение хлора на аноде	1,05	60	1,25
524	Осаждение магния из расплава MgCl2	0,034	60	0,1869

В задачах 525–532 определить время, необходимое для нанесения слоя одного металла на другой гальваническим способом

№ задачи	Осажденный металл	Плотность метала, г/см3	Толщина слоя, мм	Площадь поверхности, см2	Ток, А	Выход по току, %	Электролит
525	Ni	8.90	0.01	200	2.0	90	NiSO4
526	Cu	8.93	0.05	400	5.0	95	CuSO4
527	Zn	7.14	0.25	100	10	93	ZnSO4
528	Ag	10.49	0.02	170	0.5	90	Na[Ag(CN)2]
529	Au	19.32	0.001	500	0.25	80	K[Au(CN)2]
530	Cd	8.64	0.05	150	10	100	CdSO4
531	Pt	21.47	0.001	200	0.2	87	H2[PtCl6]
532	Pb	11.30	0.01	200	2.0	95	Pb[BF4]2

В задачах 533–540 определить толщину слоя металла (в миллиметрах), нанесенного на другой металл гальваническим методом

№ задачи	Металлопокрытие			Ток, А	Время электролиза, мин	Выход по току, %	Электролит
	Металл	плотность, г/см3	площадь поверхн., см2
533	Pt	21,47	250	0,2	45	90	H2[PtCl6]
534	Ag	10,49	150	0,5	20	85	Na[Ag(CN)2]
535	Au	19,32	300	0,3	60	80	K[Au(CN)2]
536	Cd	8,64	200	5,0	15	95	CdSO4
537	Zn	7,14	100	7,5	30	100	ZnSO4
538	Cu	8,93	180	2,7	15	97	CuSO4
539	Ni	8,90	200	2,0	50	100	NiSO4
540	Pb	11,30	75	1,0	15	85	Pb[BF4]2