Меню

Чему равна сила тока при электролизе раствора в течение

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 VH; /VЭ(Н ), где VH — объем водорода, л.; VЭ(Н ) объем эквивалентной массы водорода, л. Тогда

Объем эквивалентной массы водорода при н.у. равен половине молярного объема 22,4/2 = 11,2 л. Подставив в приведенную формулу значения VН = 1,4 л, VЭ(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.

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

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

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

или молекул кислорода, растворенного в воде,

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.

Zn°-2e — =Zn 2+ катодный процесс:

в кислой среде 2Н + + 2е — = Н2

в нейтральной среде ½ О2 + Н2О + 2е — = 2ОН —

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

Дата добавления: 2014-12-24 ; просмотров: 2756 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Определение некоторых физических величин при электролизе

Разделы: Физика

В 8-м классе по физике мы узнаем, что ток бывает в различных средах. При изучении физики на базовом уровне мы к этой теме не возвращаемся. Изучению тока в жидкостях частично уделяется внимание на уроках химии в 9-м классе, поэтому тему “Ток в различных средах” изучаем на элективных курсах. В данном пособии мною представлен материал для теоретической и практической части одного из разделов элективного курса “Ток в жидкостях”. Теоретическую часть мы изучаем в виде лекций, часть материала ребята изучают самостоятельно, представляя результаты в реферативной форме и в виде презентаций. Темы творческих работ ребята выбирают сами или предлагаются: “Огни святого Эльма”, “Электролиз за работой”, “Б.С.Якоби”, “Загадки молнии” и т. д.

Наиболее интересной считаю практическую часть раздела: “Ток в жидкостях”, мы ее выполняем и она вызывает интерес у детей.

Электролиз – физическое и химическое явление. (Содержание лекции)

1. Историческая справка

Ещё в 1877 году шведский ученый Сванте Аррениус, изучая электропроводность растворов различных веществ, пришел к выводу, что её причиной являются ионы, которые образуются при растворении соли в воде. При растворении в воде молекула CuSO4 распадается (диссоциирует) на два разнозаряженных иона – Cu2+ и SO42- .

С. Аррениус, который придерживался физической теории растворов, не учитывал взаимодействия электролита с водой и считал, что в растворах находятся свободные ионы. В отличие от него русские химики И. А. Каблуков и В. А. Кистяковский применили к объяснению электролитической диссоциации химическую теорию Д. И. Менделеева и доказали, что при растворении электролита происходит химическое взаимодействие растворённого вещества с водой, которое приводит к образованию гидратов, а затем они диссоциируют на ионы. Они считали, что в растворах находятся не свободные, не “голые” ионы, а гидратированные, то есть “одетые в шубку” из молекул воды.

2. Суть явления

“Электролиз – под таким названием объединяются физико-химические процессы, происходящие на электродах, когда через растворы или расплавы электролитов проходит электрический ток. Механизмы процессов, протекающих на положительном и отрицательном электродах, различны. На аноде идёт реакция электрохимического окисления, поскольку там ионы, атомы или молекулы отдают электроны. Напротив, на катоде к различным частицам присоединяются электроны, и те реакции, которые здесь происходят, – это реакции электрохимического восстановления.

Читайте также:  Удлинитель для сети переменного тока

Электролиз подчиняется законам, которые были открыты английским учёным М. Фарадеем в 1833–1834 гг.”

“Первый закон Фарадея гласит: количество вещества M, выделяющегося на электроде, прямо пропорционально электрическому заряду q, прошедшему через электролит: M = kq.

Коэффициент пропорциональности k, численно равный массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единицы электрического заряда, называется электрохимическим эквивалентом вещества. При пропускании через электролит постоянного тока I в течение времени t с q = It и m = .

Согласно второму закону, электрохимические эквиваленты прямо пропорциональны их химическим эквивалентам: , где отношение атомного веса A элемента к его валентности Z называется химическим эквивалентом. Количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, равна его химическому эквиваленту, называется грамм-эквивалентом. Величина F = 1/с называется числом Фарадея. F равно электрическому заряду, который нужно пропустить через электролит для выделения на электроде 1 грамма-эквивалента любого вещества:

“Величина F равна произведению заряда электрона на число Авогадро.

Электролиз – физико-химический процесс, отражающий тесную связь физических и химических явлений. Он находит весьма широкое практическое применение. С его помощью получают многие химические соединения, которые иным путём приготовить не удаётся, чистые металлы в виде порошков и т. д. Процесс электролиза используются для коррозионной защиты различных металлов.

На практике электролиз проводят в специальных аппаратах – электролизерах. Их изготовляют из стали, керамических материалов, стекла, пластических масс. Электроды делают из различных металлов и сплавов. Иногда в ходе электролиза на аноде и катоде образуются такие вещества, взаимодействия которых надо избежать. С этой целью в электролизер вставляют пористую перегородку – диафрагму”.

3. Применение электролиза

Электролиз широко применяют в технике для различных целей. Электролитическим путём покрывают поверхность одного металла тонким слоем другого (никелирование, хромирование, омеднение и т. п.). Это прочное покрытие защищает поверхность от коррозии.

Если обеспечить хорошее отслаивание электролитического покрытия от поверхности, от которую осаждается металл (этого достигают, например, нанося на поверхность графит), то можно получить копию с рельефной поверхности.

В полиграфической промышленности такие копии (стереотипы) получают с матриц (оттиск набора на пластичном материале), для чего осаждают на матрицах толстый слой железа или другого материала. Это позволяет воспроизвести набор в нужном количестве экземпляров. Если раньше тираж книги ограничивался числом оттисков, которые можно получить с одного набора (при печатании набор стирается), то сейчас использование стереотипов позволяет значительно увеличить тираж.

Правда, в настоящее время с помощью электролиза получают стереотипы только для книг высококачественной печати.

Процесс получения отслаиваемых покрытий – гальванопластика был разработан русским учённым Б. С. Якоби (1801–1874), который в 1836 г. применил этот способ для изготовления полых фигур для Исаакиевского собора в Ленинграде. (Фото 1,2,3,4)

При помощи электролиза осуществляют очистку металлов от примесей. Так, полученную из руды неочищенную медь отливают в форме толстых листов, которые затем помещают в ванну в качестве анодов (рис. 5). При электролизе медь анода растворяется, примеси, содержащие ценные и редкие металлы выпадают на дно, а на катоде оседает чистая медь.

При помощи электролиза получают алюминий из расплавов бокситов. Именно этот способ получения алюминия сделал его дешёвым и наряду с железом самым распространённым в технике и быту металлом.

Исследования.

Исследование № 1. Определение заряда электрона. (Приложение 1)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, реостат, электролитическая ванна, угольные электроды, раствор сульфата меди (CuSO4), весы, разновесы.

Цель: Определить заряд электрона, используя законы электролиза.

Гипотеза: Заряд электрона должен получиться 1,6 х 10 -19 Кл.

Условия: В опыте взята масса сульфата меди 50 г., воды 600 г., сила тока 1 А., время 30 мин. Электроды после проведения опыта просушивались над электроплиткой.

Исследование № 2. Определение заряда электрона при электролизе других солей . (Приложение 2)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, реостат, электролитическая ванна, угольные электроды, раствор железа сернокислого закисного и алюминия сернокислого, весы, разновесы.

Цель: Определить заряд электрона, используя законы электролиза.

Гипотеза: Заряд электрона должен получиться 1,6 х 10 -19 Кл, при использовании других солей.

Условия: В опыте взята масса каждой соли 50 г., воды 600 г., сила тока 1 А., время 30 мин.

Исследование № 3. Определение заряда электрона при изменении силы тока (Приложение 3)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, реостат, электролитическая ванна, угольные электроды, раствор сульфата меди (CuSO4), весы, разновесы.

Цель: Определить заряд электрона, используя законы электролиза.

Гипотеза: Заряд электрона должен получиться 1,6 х 10 -19 Кл.

Условия: В опыте взята масса сульфата меди 50 г., воды 600 г., сила тока 0,5 А., время 30 мин.

Исследование № 4. Определение заряда электрона при изменении концентрации раствора медного купороса. (Приложение 4)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, электролитическая ванна, угольные электроды, раствор сульфата меди (CuSO4), весы, разновесы.

Цель: Определить заряд электрона, используя законы электролиза.

Гипотеза: Заряд электрона должен получиться 1,6 х 10 -19 Кл.

Условия: В опыте взята масса сульфата меди 100 г., воды 600 г., сила тока 1 А., время 30 мин.

Читайте также:  Закон полного тока его применение для расчета магнитных полей

Исследование № 5. Определение скорости движения отрицательных ионов при электролизе. (Приложение 5)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, пластины с проводящими контактами, полоска материала 10х2 см.

Цель: Определить скорость ионов.

Исследование № 6. Определение скорости движения ионов при электролизе от концентрации солевого раствора. (Приложение 6)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, пластины с проводящими контактами, полоска материала 10х2 см.

Цель: Определить скорость ионов, при увеличении концентрации солевого раствора в 2раза.

Исследование № 7. Определение скорости движения положительных ионов при электролизе. (Приложение 7)

Оборудование: Источник питания ИПД-1, амперметр лабораторный с пределом измерения 2 А., ключ, пластины с проводящими контактами, полоска материала 10х2 см.

Цель: Определить скорость положительных ионов при электролизе.

Исследование № 8. Определение сопротивления раствора электролита при электролизе сульфата меди. (Приложение 8)

Рекомендации.

Ученики выполняют лабораторные работы в форме мини-проектов исследовательского характера. На итоговом занятии по данному разделу темы мы подводим общий итог.

Мы собрали и систематизировали материал по данной теме, сделали исследования и делаем вывод:

Используя законы электролиза можно определить

  • Заряд электрона.
  • Сопротивление раствора электролита.
  • Также изучая электролиз можно определить скорость ионов при электролизе.

Определяя заряд электрона, мы убедились, что заряд электрона не изменяется:

  • при увеличении концентрации солевого раствора,
  • при изменении силы тока,
  • при использовании другой соли .

Полученная нами величина примерно равна е = 1,6 х 10 -19 Кл, что совпадает с табличным значением.

Также мы определили скорость ионов при электролизе и убедились, что она может меняться при изменении концентрации солевого раствора, у нас она равна от 0,5 до 0,75 мм/мин в зависимости от концентрации раствора.

В дальнейшем мы планируем установить зависимости скорости ионов от температуры и от напряжения.

Сопротивление электролита определили двумя способами и сравнили, получили приближённо одинаковый результат.

Результаты данных исследований могут быть представлены в виде задач. Данный материал выходит за рамки школьного курса, его мы представляли на научно-практической конференции.

Источник

Химик.ПРО – решение задач по химии бесплатно

При электролизе в течении 1часа водного раствора нитрата висмута (Bi(NO3)3) на катоде выделилось 14 грамм висмута (Bi). Выход по току составляет 94 %. Вычислите силу тока.

Решение задачи

Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита и сопровождающийся разложением расплавленного или растворенного вещества или воды.

Выход по току – это выраженное в процентах отношение количества фактически затраченного электричества (Qфакт) к теоретически необходимому(Qтеор):

выход по току формула

Иногда в задачах используется выход по току, рассчитанный как степень отклонения массы фактически прореагировавшего на электроде вещества (mфакт) к теоретически рассчитанной по закону Фарадея(mтеор):

выход по току формула через массу

Bi(NO3)3 = Bi+3 + 3NO3-
K(-) Bi+3 + 3e = Bi
A(+) 2H2O – 4e = O2 + 4H+
4Bi(NO3)3 + 6H2O (elekt. power)-> 4Bi + 3O2 + 12HNO3

электролиз раствора нитрата висмута

w(x) = m(x)/m,
m(Bi) = 14/0,94 = 14,9 g
m*n*F = M*I*dt
n = 3, dt = 3600, F = 96485,338
I = m*n*F / M*dt = 14,9*3*96485,338 / 209*3600 = 5,8 A

при прохождении электрического тока через электролизер в соответствии с законами Фарадея количество вещества, которое разряжается на электроде (если происходит только один процесс), прямо пропорционально количеству электричества, которое прошло через раствор. При прохождении количества электричества F, равного числу, Фарадея (96 487 Кл, или иначе 26,8 А • ч), происходит разряд одного грамм-эквивалента любого вещества. Выход по току.

Источник



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

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

Решение. Согласно законам Фарадея

где т — масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде; Э — эквивалентная масса вещества; I — сила тока. А; t — продолжительность электролиза с. Эквивалентная масса 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 эквивалентную массу металла, зная, что при электролизе раствора хлорида этого металла затрачено 3880 Кл электричества и на катоде выделяется 11.742 г металла.

Решение. Из формулы (1)

Э = 11.742 * 96 500/3880 = 29.35 г/моль,

Где m = 11.742 г; It = Q = 3880Кл.

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)

Так как дан объем водорода, то отношение т/Э заменяем отношением VH2/ VЭ(Н2). где VН2 — объем водорода, л; VЭ(Н2) -эквивалентный объем водорода, л. Тогда

Эквивалентный объем водорода при н.у. равен половине молярного объема 22.4/2 = 11.2 л. Подставив в приведенную формулу значения VН2 = 1.4 л. VЭН2 =11.2л. t =6025 (1 ч 40 мин 25 с = 6025 с). находим

I = 1.4 * 96500/11.2 *6025 =2 А.

Пример 4. Какая масса гидроксида калия образовалась у катода при электролизе раствора КОH, 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 = 112,2 г (56.11 г/моль — мольная и эквивалентная масса КОН).

Читайте также:  Шина медная гибкая изолированная ток

Контрольные вопросы

261. Электролиз раствора K2SO4 проводили при силе тока 5 А в течение 3 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилось и чему равен объем газов (н.у.). выделившихся на катоде и аноде? Ответ: 5,03 г; 6.266 л; 3,133 л.

262. При электролизе соли некоторого металла течение 1,5 ч при силе токе 1,8 А на катоде выделилось 1.76 г этого металла. Вычислите эквивалентную массу металла.

263. При электролизе раствора CuSO4 на аноде выделилось 168 см 3 газа (н.у.). Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, и вычислить, какая масса меди выделилась на катоде. Ответ: 0.953 г.

264. 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? Ответ: 11,75 г; 14.62 л; 7.31 л.

265. Электролиз раствора нитрата серебра проводили при сила тока 2 А в течение 4 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса серебра выделилась на катоде и каков объем газа (и.у.). выделившегося на аноде? Ответ: 32.20 г; 1,67л.

266.Электролиз раствора сульфата некоторого металла проводили при силе тока 6 А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделилось 5,49 г металла. Вычислите эквивалентную массу металла. Ответ: 32,7 г/моль.

267.Насколько уменьшится масса серебряного анода, если электролиз раствора AgNO3 проводить при силе тока 2 А в течение 38 мин 20 с? Составьте электронные уравнения процесса. происходящих на графитовых электродах. Ответ: 4,47 г.

268.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. Ответ: 5.74 А.

269.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 уравнения процессов, происходящих на электродах в случае медного и угольного анода. Ответ: 94.48%.

270.Электролиз раствора NaI 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? Ответ: 0,56 г; 71.0 г.

271.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора AgNO3. Если электролиз проводить с серебряным анодом, то его масса уменьшается на 5,4 г. Определите расход электричества при этом. Ответ: 4830 Кл.

272.Электролиз раствора CuSO4 проводили в течение 15 мин при силе тока 2,5 А. Выделилось 0,72 г меди. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах в- случае медного и угольного анода. Вычислить выход по току (отношение массы выделившегося вещества- к теоретически возможной). Ответ: 97,3%.

273.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе расплавов водных растворов NaC1 и КОН. Сколько литров (н.у.) газа выделится на аноде при электролизе гидроксида калия, если электролиз проводить в течение 30 мин при сила тока 0,5 А? Ответ: 0.052 л.

274.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих ив графитовых электродах при электролизе раствора КВr. Какая масса вещества выделяется на катоде и анода, если электролиз проводить в течение 1 ч 35 мин при силе токе 15 А? Ответ:0.886г, 70,79г.

275.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора СuCl2. Вычислите массу меди, выделившуюся на катоде если на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.). Ответ: 1,588 г.

276.При электролизе соли трехвалентного металла при силе тока 1,5 А в течение 30 мин на катоде выделилось 1.071 г металла. Вычислите атомную массу металла. Ответ: 114,82

277. При электролизе растворов MgSO4 и ZnС12,соединвнных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделилось 0,25 г водорода. Какая масса вещества выделится на другом катоде; на анодах? Ответ: 8,17 г; 2,0 г; 8,86 г.

278.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе растворе Na2SO4. Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде, если на аноде выделяется 1,12 л газа (н.у.). Какая масса H2SO4 образуется при этом возле анода? Ответ: 0.2 г; 9,8 г.

279.При электролизе раствора соли кадмия израсходовано 3434 Кл электричества. Выделилось 2 г кадмия. Чему равна эквивалентная масса кадмия? Ответ: 56.26 г/моль.

280.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН. Чему равна сила тока, если в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6.4 г газа? Сколько литров газа (н.у.) выделилось при этом на катоде? Ответ: 17,08 А; 8,96 л.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник