8.2. Электролиз

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

Решение. Согласно законам Фарадея

m = ЭIt/96500, (1)

где т — масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде; Э — молярная масса эквивалента вещества; I — сила тока, A; t — продолжительность электролиза, с.

Молярная масса эквивалентов меди в CuSO₄ равна 63,54 : 2 = =31,77 г/моль. Подставив в формулу (1) значения Э = 31,77, I = 4 А, t= 60 ∙ 60 = 3600 с, получим

Пример 2. Вычислите молярную массу эквивалента металла, зная, что при электролизе раствора хлорида этого металла затра­чено 3880 Кл электричества и на катоде выделяется 11,742 г металла.

Решение. Подставляя в формулу (1) числовые значения, получаем

Э = 11,742 ∙ 96500/3880 = 29,35 г/моль,

где m = 11,742 г; It = Q = 3880 Кл.

Пример 3. Чему равна сила тока при электролизе раствора в течение 1 ч 40 мин 25 с, если на катоде выделилось 1,4 л водорода (н.у.)?

Решение. Из формулы (1)

I = m 96500/Эt

Так как дан объем водорода, то отношение т/Э заменяем отношением V_H; /V_{Э(Н )}, где V_H — объем водорода, л.; V_{Э(Н )} объем эквивалентной массы водорода, л. Тогда

I = V_H 96500/ V_{Э(Н )}.

Объем эквивалентной массы водорода при н.у. равен половине молярного объема 22,4/2 = 11,2 л. Подставив в приведенную формулу значения V_Н = 1,4 л, V_{Э(Н )} = 11,2 л, t = 6025 (1 ч 40 мин 25 с=6025 с), находим

I = 1,4∙96,500/(11.2∙6025) = 2А

Пример 4. Какая масса гидроксида калия образовалась у катода при электролизе раствора K₂SO₄, если на аноде выделилось 11,2 л кислорода (н.у.)?

Решение. Объем эквивалентной массы кислорода (н.у.) 22,4/4 = = 5,6 л. Следовательно, 11,2 л содержат две молярные массы эквивалента кислорода. Столько же эквивалентных масс КОН образовалось у катода, или 56,11 ∙ 2 = 112,22 г (56,11 г/моль — молярная и эквивалентная масса КОН).

8.3. Коррозия металлов

При решении задач этого раздела см. табл. 8.

Коррозия — это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате их химического или электро­химического взаимодействия с окружающей средой.

При электрохимической коррозии на поверхности металла одновременно протекают два процесса: анодный — окисление металла

Ме°-пе=Ме^п+ и катодный — восстановление ионов водорода

2Н⁺ + 2е = Н₂

или молекул кислорода, растворенного в воде,

О₂ + 2Н₂О + 4е- = 4ОН^-

Ионы или молекулы, которые восстанавливаются на катоде, называют деполяризаторами. При атмосферной коррозии — коррозии во влажном воздухе при комнатной температуре — деполяризатором является кислород [1].

Пример 1. Как происходит коррозия цинка, находящегося в контакте с кадмием в нейтральном и кислом растворах? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?

Решение. Цинк имеет более отрицательный потенциал (-0,763 В), чем кадмий (-0,403 В), поэтому он является анодом, а кадмий катодом.

Анодный процесс:

Zn°-2e^-=Zn²⁺ катодный процесс:

в кислой среде 2Н⁺ + 2е^- = Н₂

в нейтральной среде ½ О₂ + Н₂О + 2е^- = 2ОН^-

Так как ионы Zn²⁺ с гидроксильной группой образуют нераст­воримый гидроксид, то продуктом коррозии будет Zn(OH)₂.