Меню

Через раствор хлорида двухвалентного металла пропускали ток

Примеры решения задач. Пример 13.1. Сколько граммов никеля выделится на катоде при пропускании через раствор сернокислого никеля NiSO4 тока силой 5 А в течение 10 мин?

date image2014-09-04
views image8773

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Пример 13.1. Сколько граммов никеля выделится на катоде при пропускании через раствор сернокислого никеля NiSO4 тока силой 5 А в течение 10 мин? Привести схемы электродных процессов, протекающих при электролизе с инертным анодом. Определить продукты электролиза.

Решение. В водном растворе сульфат никеля (II) диссоциирует:

NiSO4 = Ni 2+ + SO4 2– . Стандартный электродный потенциал никеля (–0,250 В) выше значения потенциала восстановления ионов водорода из воды (–0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить разряд ионов Ni 2+ и выделение металлического никеля. При электролизе сернокислых солей на инертном аноде происходит электрохимическое окисление воды с выделением кислорода.

Ni 2+ + 2ē = Ni2Н2О – 4ē = 4Н + + О2;

Продукты электролиза – Ni и О2.

Масса вещества, выделившегося на электроде при электролизе, определяется по законам Фарадея, математическое выражение которых имеет вид

где m – масса вещества, выделившегося на электроде, г; Мэк – молярная масса эквивалентов этого вещества, г/моль; Q – количество электричества, прошедшего через электролит, Кл; F – постоянная Фарадея, равная 96500 Кл/(моль∙экв).

Q = I∙t, где I – сила тока, А; t – время, электролиза, с. Подставляя в формулу (1) вместо Q его значение, получаем (2).

Молярная масса эквивалентов никеля (молярная масса атомов никеля – 58,71 г/моль) равняется 58,71/2 = 29,36 г/моль. Подставляя это значение, а также силу тока и время электролиза (в секундах) в формулу (2), получаем искомую массу никеля: m = (29,36×5×600)/96500 = 0,91 г.

Пример 13.2. Сколько времени нужно пропускать через раствор кислоты ток силой 10 А, чтобы получить 5,6 л водорода при нормальных условиях?

Решение. Продукт электролиза представляет собой газообразное вещество, поэтому для решения воспользуемся уравнением

Так как 1 моль эквивалентов водорода занимает при нормальных условиях объем 11,2 л, то искомое количество времени прохождения тока 4825 c =1ч 20мин 25 с.

Пример 13.3. При проведении электролиза водного раствора хлорида двухвалентного металла затрачено 3561 Кл электричества. В результате процесса на катоде выделилось 2,19 г этого металла. Определить металл, водный раствор хлорида которого подвергли электролизу. Привести схему электродных процессов. Определить продукты электролиза.

Решение.Находим молярную массу эквивалентов металла: Мэк = 59,347 г/моль. Умножая эту величину на 2 (валентность металла) получаем 118,69 г/моль, что соответствует молярной массе атомов олова. Следовательно, электролизу подвергли раствор SnCl2. В водном растворе хлорид олова (II) диссоциирует: SnС12 = Sn 2+ + 2С1 – . Стандартный электродный потенциал олова (II) (–0,136 В) существенно выше значения потенциала восстановления ионов водорода из воды (–0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить разряд ионов Sn 2+ и выделение металлического олова. На аноде будут окисляться анионы хлора.

Катод (−) Sn 2+ , Н2О Анод (+) Сl – , Н2О

Sn 2+ + 2ē = Sn 2Сl − – 2ē = С12.

Продукты электролиза – Sn и С12.

Пример 13.4.При электролизе раствора CuSO4 на угольном аноде выделилось 350 мл кислорода при нормальных условиях. Сколько граммов меди выделилось на катоде? Привести уравнения электродных процессов, определить продукты электролиза.

Решение. В водном растворе сульфат меди (II) диссоциирует по схеме: CuSO4 = Cu 2+ + SO4 2− . Электродный потенциал меди (+0,337 В) значительно больше потенциала восстановления ионов водорода из воды (–0,41 В). Поэтому на катоде происходит процесс восстановления ионов Cu 2+ . При электролизе водных растворов сульфат-анионы не окисляются на аноде. На нем происходит окисление воды.

Cu 2+ + 2ē = Сu 2Н2О – 4ē = 4Н + + О2;

Продукты электролиза – Сu и О2.

Один моль эквивалентов кислорода при нормальных условиях занимает объем 5,6 л. Следовательно, 350 мл составляют 0,35/5,6 = 0,0625 моль. Столько же молей эквивалентов выделилось на катоде. Отсюда масса меди

m = × 0,0625 = 1,98 г.

Пример 13.5.Будут ли, и в какой последовательности, восстанавливаться на катоде одновременно присутствующие в растворе (в равных концентрациях) ионы А1 3+ , Ni 2+ , Sn 2+ , Au 3+ и Mg 2+ ? Напряжение достаточно для выделения любого металла.

Решение. На катоде сначала восстанавливаются катионы, имеющие большее значение электродного потенциала (табл. Б. 4). Поэтому, в первую очередь, на катоде будут восстанавливаться ионы Au 3+ (+1,498 В), далее Sn 2+ (–0,136 В) и, наконец, Ni 2+ (–0,250 В). Ионы А1 3+ (–1,662 В) и Mg 2+ (–2,363 В), имеющие значения электродного потенциала значительно отрицательнее потенциала восстановления ионов Н + из воды (–0,41 В), при электролизе водных растворов не восстанавливаются на катоде. При электролизе их солей протекает восстановление молекул воды:

Источник

Практикум-2011.Орлин Н,А

Для определения катодного процесса необходимо сравнить потенциал корродирующего металла (анода) в данных условиях с равновесным потенциалом водородного или кислородного электродов. Если φ Me H2 , то на катоде в основном восстанавливается водород по

реакциям 2 или 4 . Если φ O2 > φ Me > φ H2 , на катоде восстанавливается

только молекулярный кислород по реакциям 3 или 1 (см. с. 70). Пример. Рассмотреть коррозионный процесс, возникающий при

нарушении сплошности серебряного покрытия на медном изделии в кислой (раствор HCl), нейтральной (раствор NaCl) и щелочной (раствор NaOH) средах.

Из таблицы электродных потенциалов в различных электролитах при 25 ºС находим их численные значения (табл. 6):

а) в кислой среде:

φ Cu = +0,154 В; φ Ag = +0,277 В. В образующейся гальванопаре медь – анод, серебро – катод, так как φ О2 >φ Cu >φ Н2 (φ Н2 = – 0,050 В; φ О2 = + 1,173), то реакция на аноде:

2Cu – 4 е = 2Cu 2+ ,

реакция на катоде:

О 2 +4Н + +4 е = 2Н 2 О;

б) в нейтральной среде:

φ Cu = +0,07 В; φ Ag = +0,277 В; медь – анод, серебро – катод.

φ Н2 = –0,413 В; φ О2 = +0,805 В

реакция на аноде:

2Cu – 4 е = 2Cu 2+ ,

реакция на катоде:

О 2 +4Н 2 O+4 е = 4ОН — ;

в) в щелочной среде:

φ Cu = +0,027 В; φ Ag = +0,3 В; медь – анод, серебро – катод.

φ Н2 = –0,765 В; φ О2 = +0,442 В

реакция на аноде:

2Cu – 4 е = 2Cu 2+ ,

реакция на катоде:

О 2 +4Н 2 O+4е = 4ОН — .

Во всех трех средах φ Cu Ag . Следовательно, при нарушении сплошности серебряного покрытия в коррозионной гальванопаре Cu – Ag серебро является катодом и электрохимически не защищает медь от коррозии, а, наоборот, способствует разрушению медного изделия.

Контрольные вопросы и задачи

261. Хромированное железо имеет царапины, нарушающие сплошность покрытия. Напишите уравнения химических процессов, протекающих на катодных и анодных участках в кислых, нейтральных и щелочных средах в результате коррозии данного изделия. Укажите, в какой среде железо будет защищено от коррозии более надёжно.

262. При никелировании железные изделия сначала покрывают медью, а затем никелем. Напишите уравнения реакций, протекающих на анодных и катодных участках в кислых, щелочных и нейтральных средах при повреждении этого двухслойного покрытия. Определите, в какой среде коррозия идёт наиболее интенсивно.

263. Напишите уравнения реакций, протекающих при коррозии луженой жести (железа, покрытого оловом) в кислой, щелочной и нейтральной средах при нарушении целостности покрытия. Определите, в какой среде железо более надёжно защищено от коррозии.

264. Латунь, как известно, содержит 60 % Cu и 40 % Zn. Определите, в каких средах (щелочной, кислой, нейтральной) происходит кор-

розия латуни. Напишите уравнения реакций, протекающих на анодных и катодных участках при коррозии детали из латуни в щелочной, кислой и нейтральной средах.

265. Железная деталь, покрытая кадмием, имеет трещины, нарушившие целостность покрытия. Напишите уравнения реакций, протекающих на анодных и катодных участках при коррозии этой детали в щелочной, кислой и нейтральной средах.

266. На изделие из углеродистой стали нанесено кадмиевое покрытие. Напишите уравнения реакций, протекающих на анодных и катодных участках в результате коррозии в кислой, щелочной, нейтральной средах при нарушении целостности кадмиевого покрытия. Укажите, в какой среде коррозия стали идёт наиболее интенсивно.

267. Конструкционный узел состоит из сконтактированных пластин из цинка, железа и никеля. Напишите уравнения реакций процессов, протекающих на анодном и катодном участках при коррозии данной системы отдельно в кислой, щелочной и нейтральной средах.

Читайте также:  Ток 5 а течет по тонкому замкнутому проводнику радиус изогнутой части 120

268. На конструкции из луженой меди имеются трещины. Напишите уравнения реакций тех процессов, которые будут протекать при коррозии данной конструкции в кислой, щелочной и нейтральной средах.

269. Конструкционный узел состоит из сконтактированных алюминиевых, цинковых и хромовых пластин. Напишите уравнения реакций процессов, которые будут протекать в кислой, щелочной, нейтральной средах при коррозии узла.

270. На железное изделие нанесено пористое кадмиевое покрытие. Напишите уравнения реакций тех процессов, которые будут протекать на анодных и катодных участках при коррозии этого изделия в кислой, щелочной и нейтральной средах. Определите, в какой среде железное изделие будет более надёжно защищено от коррозии.

271. Конструкционный узел состоит из сконтактированных между собой железной и оловянной пластин. Напишите уравнения реакций, которые будут протекать на анодном и катодном участках при коррозии данного узла в кислых, щелочных и нейтральных средах.

272. На медную пластину нанесено пористое покрытие из серебра. Будет ли данная пластина подвергаться коррозии? Если будет, то в

каких средах (кислой, щелочной или нейтральной). Напишите уравнения реакций тех процессов, которые будут протекать на анодных и катодных участках при коррозии.

273. Черновой никель содержит медные включения. Напишите уравнения реакций тех процессов, которые будут протекать на анодных и катодных участках при коррозии изделия из чернового никеля в кислой, щелочной и нейтральной средах.

274. Конструкционный узел состоит из железной и хромовой пластин, сконтактированных между собой. Напишите уравнения реакций тех процессов, которые будут протекать на анодных и катодных участках при коррозии данного узла в кислой, щелочной и нейтральной средах.

275. Конструкционный узел состоит из сконтактированных медной, никелевой и железной пластин. Как будет вести себя данный узел в кислой, щелочной и нейтральной средах? Напишите уравнения тех реакций, которые будут протекать на анодных и катодных участках в каждой из этих сред в случае возникновения процесса коррозии.

276. Конструкционный узел состоит из сконтактированных цинковой и алюминиевой пластин. Напишите уравнения тех реакций, которые будут протекать на анодных и катодных участках при коррозии данного узла поочерёдно в кислой, щелочной и нейтральной средах.

277. Железные изделия покрыты медью. Напишите уравнения реакций, протекающих на анодных и катодных участках при коррозии в кислых, щелочных и нейтральных средах, если целостность покрытия нарушена. В какой среде процесс коррозии железа идёт наиболее интенсивно?

278. Железные детали покрыты свинцом. Однако в процессе эксплуатации целостность покрытия нарушена. Напишите уравнения реакций тех процессов, которые будут протекать на анодных и катодных участках в процессе коррозии данных деталей в кислой, щелочной и нейтральной средах.

279. Две железные пластины скреплены друг с другом медными заклёпками. Конструкция поочерёдно находится в нейтральной, кислой и щелочной средах. В каких средах и как будет протекать процесс коррозии? Напишите уравнения реакций тех процессов,

которые будут протекать на анодных и катодных участках в результате коррозии в каждой среде.

280. Цинковая и никелевая пластины скреплены друг с другом. Как будет протекать процесс коррозии в кислой, щелочной и нейтральной средах? Напишите уравнения реакций тех процессов, которые будут протекать на анодных и катодных участках в результате коррозии в каждой среде.

281. Две цинковые пластины скреплены друг с другом медными заклёпками. Данная конструкция поочерёдно находится в кислой, щелочной и нейтральной средах. Напишите уравнения реакций тех процессов, которые протекают на анодном и катодном участках при коррозии в каждой указанной среде.

282. Как известно, чугун легко подвергается коррозии. Почему? Напишите уравнения реакций тех процессов, которые протекают на анодных и катодных участках при коррозии чугуна в кислой, щелочной и нейтральной средах.

283. Как известно, углеродистые стали подобно чугуну подвергаются коррозии. Какие процессы протекают на анодных и катодных участках при коррозии стали в кислой, щелочной и нейтральной средах? Напишите уравнения соответствующих реакций. Почему легированные стали не подвергаются коррозии?

284. Конструкционный узел состоит из сконтактированных хромовой и оловянной пластин. Напишите уравнения реакций, протекающих на анодных и катодных участках в процессе коррозии данного узла в кислой, щелочной и нейтральной средах.

285. Как известно, медная проволока при длительном нахождении на воздухе покрывается зелёным налётом. Почему? Напишите уравнение соответствующей реакции. Что будет происходить с медной проволокой, если её сконтактировать с алюминиевой проволокой и поместить поочерёдно в кислую, щелочную и нейтральную среды? Напишите уравнения реакций тех процессов, которые будут протекать на анодных и катодных участках в каждой указанной среде.

286. Кровельное железо, т.е. железо, покрытое цинком, при нарушении целостности покрытия подвергается коррозии. Напишите уравнения тех реакций, которые будут протекать на анодных и катодных участках в кислой, щелочной и нейтральной средах.

287. Конструкционный узел состоит из двух сконтактированных алюминиевыми заклёпками никелевых пластин. Напишите уравнения

реакций тех процессов, которые будут протекать при коррозии данного узла в кислой, щелочной и нейтральной средах.

288. Бронзовые изделия на воздухе покрываются зелёным налётом. Почему? Напишите уравнения соответствующих реакций. Будет ли образовываться зелёный налёт, если бронзовое изделие сконтактировать с алюминием? Напишите уравнения реакций тех процессов, которые будут возникать на анодных и катодных участках, если сконтактированное с алюминием бронзовое изделие будет находиться в кислой, щелочной и нейтральной средах.

289. Как известно, и алюминий, и магний довольно устойчивы на воздухе. Что будет, если эти два металла сконтактировать и помещать поочерёдно в кислую, щелочную и нейтральную среды? Напишите уравнения реакций соответствующих процессов, протекающих на анодных и катодных участках.

290. Чистый титан, как известно, коррозионно устойчив на воздухе, хотя его стандартный электродный потенциал имеет отрицательное значение. Почему? Что будет происходить с титаном, если его сконтактировать с железным бруском? Напишите уравнения соответствующих реакций, протекающих на анодных и катодных участках при коррозии сконтактированного с железом титана в кислой, щелочной и нейтральной средах.

Тема 12. ЭЛЕКТРОЛИЗ

Электролизом называют окислительно-восстановительные процессы, протекающие на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. Электролиз осуществляют с помощью источников тока в устройствах, называемых электролизерами. Электрод, соединенный с отрицательным полюсом источника тока, называют катодом, а электрод, подключенный к положительному полюсу, анодом. На аноде протекают реакции окисления, на катоде — восстановления.

Процессы электролиза могут проходить с растворимым или нерастворимым анодом. Типичным случаем электролиза с растворимым анодом является электролиз водного раствора соли, содержащей ионы металла, из которого сделан анод, например электролиз раствора хло-

рида никеля с никелевым анодом.

NiCl 2 = Ni 2+ + 2Cl —

реакция на аноде:

реакция на катоде:

Нерастворимые аноды сами не принимают участие в окислительном процессе, а являются только переносчиками электронов. В качестве нерастворимых анодов могут быть использованы графит, инертные металлы, такие как платина, иридий и другие. На нерастворимых анодах протекают реакции окисления восстановителей, находящихся в растворе.

Отрицательные ионы (чаще всего кислотные остатки) окисляются на аноде в определенной последовательности. По активности к

окислению анионы могут быть расположены в ряд:

S 2- , J — , Br — , Cl — , OH — (H 2 O), SO 2- , NO 2 — , SO 4 2- , NO — .

При характеристике каждых реакций следует иметь в виду, что последовательность восстановления ионов металлов зависит от их потенциалов. Если в растворе одновременно находятся ионы двух или нескольких металлов, то в первую очередь восстанавливаются ионы того металла, который имеет более положительный потенциал. Если потенциалы двух металлов близки, то наблюдается совместное выделение двух металлов, т. е. образуется сплав. В водных растворах на катоде совместно с такими металлами, как цинк, хром, марганец и другими, могут восстанавливаться также ионы водорода. В растворах, содержащих ионы щелочных и щелочноземельных металлов (стандартный потенциал которых отрицательнее, чем -1,5 В), на катоде при электролизе выделяется только водород.

Масса окисленного или восстановленного на электродах вещества может быть рассчитана согласно закону Фарадея

где m — масса вещества, г; M Э — эквивалентная масса, г/моль; I — сила тока, А; τ — время, с; F — константа Фарадея, F = 96500 Кл/моль.

Если при электролизе на электродах выделяются вещества в газообразном состоянии, то объем можно подсчитать по формуле

где V — объем газа, л; V э — эквивалентный объем газа, л/моль.

Задача 1. Определить массу меди, выделившуюся при электролизе раствора CuSO 4 в течение одного часа при силе тока 2,68 А.

Читайте также:  Каким током надо заряжать аккумулятор автомобиля

Решение. Согласно закону Фарадея

где m — масса вещества, г; М э — эквивалентная масса, г/моль; I — сила тока, А; τ — время электролиза, с. Эквивалентная масса меди 63,54 / 2= = 31,77 г/моль. Подставив в формулу значения I = 2,68 А; τ =3 600 с, получим

m = 31,77 2,68 3600 = 3,18 г. 96500

Задача 2. Сколько граммов гидроксида калия образовалось у катода при электролизе K 2 SO 4 , если на аноде выделилось 11,2 л кислорода (н.у.)?

Решение. Реакции на аноде и катоде при электролизе сульфата калия.

2H 2 O – 4e — = O 2 + 4H + .

4H 2 O + 4e — = 2H 2 + 4OH — .

Под действием электрического поля ионы K + идут к катоду, а на электроде восстанавливается водород из воды. В растворе около катода образуется щелочь КОН в количестве, эквивалентном выделившемуся водороду или кислороду. Эквивалентный объем кислорода

V э = V m /4=22,4/4 = 5,6 л/моль.

Следовательно, выделившиеся на аноде 11,2 л кислорода составляют 2 моль эквивалента. Столько же молей КОН образуется у катода, т.е. 56,11·2=112,22 г/моль (56,11 г/моль-экв. — мольная масса эквивалентов гидроксида калия).

Контрольные вопросы и задачи

291. Рассчитайте, какой силы должен быть электрический ток, чтобы за 4 ч электролиза сульфата калия у катода образовалось 22,4 г едкого калия. Определите, сколько для этого потребуется 1 М раствора сульфата калия.

292. Рассчитайте время, которое необходимо для выделения всего хрома из 500 мл 0,6 н. раствора Cr 2 (SO 4 ) 3 при силе тока 2,68 А. Предположите, чтовсёэлектричестворасходуетсянавыделениехрома.

293. Через раствор хлорида двухвалентного металла пропускали электрический ток силой 2,5 А в течение 5,36 ч, при этом масса соли в растворе уменьшилась на 32,5 г. Назовите соль.

294. Вычислите время, необходимое для выделения 11,17 г железа из 1 л 1 М раствора FeSO 4 при силе тока в 1,34 А. Определите, сколько граммов железа осталось ещё в электролите.

295. Вычислите, какой силой тока надо проводить электролиз расплавленного PbC1 2 массой 1 кг, чтобы за 1 ч выделилось 1,12 л газообразного хлора. Рассчитайте также массу хлорида свинца, оставшегося после прекращения электролиза.

296. Вычислите, сколько времени потребуется для выделения 16 г из 1 л 1 М раствора CuSO 4 при силе тока 10 А. Сколько меди осталось в растворе после прекращения электролиза?

297. Рассчитайте, сколько времени должен длиться электролиз, чтобы при силе тока 10 А разложить на водород и кислород 1 кг воды. Определите, сколько получится кислорода и водорода.

298. Рассчитайте, сколько времени должен длиться электролиз водного раствора хлорида натрия, чтобы при силе тока 10 А получить у катода 200 г NaOH. Определите, сколько израсходовано NaCl.

299. При прохождении электрического тока силой 1,5 А в течение 30 мин через раствор соли трехвалентного металла на катоде выделилось 1,07 г металла. Определите атомную массу металла и назовите этот металл.

300. Рассчитайте, сколько времени должен длиться электролиз, чтобы при силе тока 5 А выделилось на катоде 50 г меди из 1 л 1 М водного раствора CuSO 4 . Сколько меди остается ещё в растворе после прекращения электролиза?

301. Рассчитайте силу тока, при которой в течение 30 мин следует вести электролиз водного раствора NaOH, чтобы на катоде получить 1,68 л газа (н. у.). Назовите этот газ. Определите также, сколько и какого газа выделилось на аноде.

302. Через раствор хлорида двухвалентного металла пропускали электрический ток силой 5 А в течение 1,34 ч, при этом содержание соли в растворе уменьшилось на 23,7 г. Назовите соль.

303. Определите, сколько времени должен длиться электролиз водного раствора CuSO 4 , чтобы при силе тока 10 А на катоде выделился 1 кг меди. Определите, сколько литров 1 н. раствора CuSO 4 для этого потребовалось, если происходиловыделениевсеймедииз раствора.

304. Рассчитайте, сколько времени должен длиться электролиз 5 л 0,7 н. раствора H 2 SO 4 , чтобы концентрация кислоты стала 1 н. Электролиз проводится при силе тока 10 А.

305. При электролизе 5 л 0,1 н. раствора CuSO 4 при силе тока 5 А на аноде выделилось 0,56 л газообразного продукта, измеренного при н.у. Определите, сколько времени длится электролиз, назовите газообразный продукт, выделившийся на аноде. Определите, сколько соли осталось в растворе после прекращения электролиза.

306. Расчет показал, что для хромирования предложенной детали необходимо израсходовать 5 г хрома. Определите, сколько времени должен длиться электролиз при силе тока 5 А и сколько будет израсходовано 1 М раствора Cr 2 (SO 4 ) 3 , если считать, что весь хром из раствора выделяется.

307. Через раствор нитрата двухвалентного металла пропустили ток силой 2 А в течение 40 мин, при этом на катоде выделилось 4,992 г металла. Назовите соль. Определите также, сколько и какого вещества выделилось на катоде.

308. При электролизе водного раствора Na 2 SO 4 на аноде выделилось 6 л кислорода при 25 °С и при 750 мм рт. ст. Рассчитайте, сколько времени длился электролиз, если сила тока была 5 А. Определите также, сколько щёлочи образовалось за это время у катода.

309. Рассчитайте, сколько времени должен длиться электролиз для того, чтобы повысить концентрацию 1 л раствора H 2 SO 4 с 0,5 до 1 М. Сила тока равна 5 А.

310. Рассчитайте, сколько времени должен длиться электролиз водного раствора хлорида калия, чтобы при силе тока 5 А у катода образовалось 100 г KOH. Определите, сколько при этом будет израсходовано KCl.

311. Рассчитайте время, которое необходимо для выделения всего олова из 1 л 0,5 н. раствора SnSO 4 при силе тока 3 А. Какой объём газообразногопродуктавыделитсянааноде( t = 20 °C, p = 755 ммрт. ст.)?

312. При электролизе водного раствора ZnSO 4 в течение 40 мин при силе тока 6 А на катоде выделилось 0,116 л водорода при температуре 20 °С и давлении 753 мм рт. ст. Определите массу цинка, выделившегося на катоде одновременно с водородом.

313. Рассчитайте силу тока, которая необходима для того, чтобы за 1 ч электролиза 5 л 1 М раствора SnCl 2 на катоде выделилось всё

Источник

Использование уравнения Фарадея в расчетах при электролизе солей

Задача 708.
Чему равна эквивалентная масса кадмия, если для выделения 1 г калия из раствора его соли надо пропустить через раствор 1717 Кл электричества?
Решение:
Согласно закону эквивалентов при пропускании определённого количества электричества (Q = It) через раствор выделяется эквивалентная масса любого вещества. Для расчета эквивалентной массы кадмия используем уравнение закона Фарадея:

 уравнение Фарадея

Здесь m — масса образовавшегося или подвергшегося превращению вещества; Э — его эквивалентная масса; I — сила тока; t — время; F — постоянная Фарадея (96500 Кл/моль), т.е. количество электричества, необходимое для осуществления электрохимического превращения одного эквивалента вещества.

Решим уравнение закона Фарадея относительно эквивалентной массы и подставим данные задачи
(m = 1г, I.t = 1717 Кл,), получим:

 уравнение Фарадея

Ответ: 56,2 г/моль .

Задача 709.
При прохождении через раствор соли трехвалентного металла тока силой 1,5 А в течение ЗО мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислить атомную массу металла.
Решение:
Рассчитаем эквивалентную массу металла: Для расчета эквивалентной массы металла используем уравнение закона Фарадея:

 уравнение Фарадея

Здесь m — масса образовавшегося или подвергшегося превращению вещества; Э — его эквивалентная масса; I — сила тока; t — время; F — постоянная Фарадея (96500 Кл/моль), т.е. количество электричества, необходимое для осуществления электрохимического превращения одного эквивалента вещества.

Решим уравнение закона Фарадея относительно эквивалентной массы и подставим данные задачи
(m = 1,071г, I = 1,5 A, t = 30мин = 30 . 60 = 1800с), получим:

 уравнение Фарадея

Теперь рассчитаем атомную массу металла по формуле:

Mr(Me) = Э . В = 38,28 . 3 = 114,835 г , т.е. Ar(Me) = 114,835.

Ответ: 114,835.

Задача 710.
Какой процесс протекает при электролизе водного раствора хлорида олова (II) на оловянном аноде:
Sn → Sn 2+ + 2 ; 2Cl — → Cl2 + 2 ; 2H2O → O2 + 4H + + 2 ?
Решение:
Стандартный электродный потенциал электрохимической системы Sn → Sn 2+ + 2 (-0,126В) положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В) незначительно. Поэтому на катоде будет выделяться олово потенциал0 (Sn 2+ /Sn) > потенциал0 (2H + /H2)):

На аноде будет происходить электрохимическое окисление олова – материала анода, поскольку, отвечающий системе Sn → Sn 2+ + 2 (-0,126В) значительно ниже 2Cl — → Cl2 + 2 (+1,36В) и потенциала окисления воды (+1,228В) . Ионы хлора, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.

Таким образом, при электролизе водного раствора хлорида олова (II) на катоде в основном происходит разряд ионов Sn 2+ и выделение металла. На аноде происходит противоположный процесс – окисление металла. В данном случае электролиз сводится к растворению металла анода и выделению его на катоде. Этот процесс можно применить для электрохимической очистки олова.

Читайте также:  Применение синхронных генераторов переменного тока

Ответ: а).

  • Вы здесь:
  • Главная
  • Задачи
  • Химия-Глинка
  • Масса неорганического вещества. Задачи 1055 — 1057

Источник



Тренажер задания 32 по химии меди

1) Через раствор хлорида меди (II) с помощью графитовых электродов пропускали постоянный электрический ток. Выделившийся на катоде продукт электролиза растворили в концентрированной азотной кислоте. Образовавшийся при этом газ собрали и пропустили через раствор гидроксида натрия. Выделившийся на аноде газообразный продукт электролиза пропустили через горячий раствор гидроксида натрия. Напишите уравнения описанных реакций.

2) Вещество, полученное на катоде при электролизе расплава хлорида меди (II), реагирует с серой. Полученный продукт обработали концентрированной азотной кислотой, и выделившийся газ пропустили через раствор гидроксида бария. Напишите уравнения описанных реакций.

3) Неизвестная соль бесцветна и окрашивает пламя в желтый цвет. При легком нагревании этой соли с концентрированной серной кислотой отгоняется жидкость, в которой растворяется медь; последнее превращение сопровождается выделением бурого газа и образованием соли меди. При термическом распаде обеих солей одним из продуктов разложения является кислород. Напишите уравнения описанных реакций.

4) При взаимодействии раствора соли А со щелочью было получено студенистое нерастворимое в воде вещество голубого цвета, которое растворили в бесцветной жидкости Б с образованием раствора синего цвета. Твердый продукт, оставшийся после осторожного выпаривания раствора, прокалили; при этом выделились два газа, один из которых бурого цвета, а второй входит в состав атмосферного воздуха, и осталось твердое вещество черного цвета, которое растворяется в жидкости Б с образованием вещества А. Напишите уравнения описанных реакций.

5) Медную стружку растворили в разбавленной азотной кислоте, и раствор нейтрализовали едким кали. Выделившееся вещество голубого цвета отделили, прокалили (цвет вещества изменился на черный), смешали с коксом и повторно прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

6) В раствор нитрата ртути (II) добавили медную стружку. После окончания реакции раствор профильтровали, и фильтрат по каплям прибавляли к раствору, содержащему едкий натр и гидроксид аммония. При этом наблюдали кратковременное образование осадка, который растворился с образованием раствора ярко-синего цвета. При добавлении в полученный раствор избытка раствора серной кислоты происходило изменение цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

7) Оксид меди (I) обработали концентрированной азотной кислотой, раствор осторожно выпарили и твердый остаток прокалили. Газообразные продукты реакции пропустили через большое количество воды и в образовавшийся раствор добавили магниевую стружку, в результате выделился газ, используемый в медицине. Напишите уравнения описанных реакций.

8) Твердое вещество, образующееся при нагревании малахита, нагрели в атмосфере водорода. Продукт реакции обработали концентрированной серной кислотой, внесли в раствор хлорида натрия, содержащий медные опилки, в результате образовался осадок. Напишите уравнения описанных реакций.

9) Соль, полученную при растворении меди в разбавленной азотной кислоте, подвергли электролизу, используя графитовые электроды. Вещество, выделившееся на аноде, ввели во взаимодействие с натрием, а полученный продукт реакции поместили в сосуд с углекислым газом. Напишите уравнения описанных реакций.

10) Твердый продукт термического разложения малахита растворили при нагревании в концентрированной азотной кислоте. Раствор осторожно выпарили, и твердый остаток прокалили, получив вещество черного цвета, которое нагрели в избытке аммиака (газ). Напишите уравнения описанных реакций.

11) К порошкообразному веществу черного цвета добавили раствор разбавленной серной кислоты и нагрели. В полученный раствор голубого цвета приливали раствор едкого натра до прекращения выделения осадка. Осадок отфильтровали и нагрели. Продукт реакции нагревали в атмосфере водорода, в результате чего получилось вещество красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

12) Неизвестное вещество красного цвета нагрели в хлоре, и продукт реакции растворили в воде. В полученный раствор добавили щелочь, выпавший осадок голубого цвета отфильтровали и прокалили. При нагревании продукта прокаливании, который имеет черный цвет, с коксом было получено исходное вещество красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

13) Раствор, полученный при взаимодействии меди с концентрированной азотной кислотой, выпарили и осадок прокалили. Газообразные продукты полностью поглощены водой, а над твердым остатком пропустили водород. Напишите уравнения описанных реакций.

14) Черный порошок, который образовался при сжигании металла красного цвета в избытке воздуха, растворили в 10%-серной кислоте. В полученный раствор добавили щелочь, и выпавший осадок голубого цвета отделили и растворили в избытке раствора аммиака. Напишите уравнения описанных реакций.

15) Вещество черного цвета получили, прокаливая осадок, который образуется при взаимодействии гидроксида натрия и сульфата меди (II). При нагревании этого вещества с углем получают металл красного цвета, который растворяется в концентрированной серной кислоте. Напишите уравнения описанных реакций.

16) Металлическую медь обработали при нагревании йодом. Полученный продукт растворили в концентрированной серной кислоте при нагревании. Образовавшийся раствор обработали раствором гидроксидом калия. Выпавший осадок прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

17) К раствору хлорида меди (II) добавили избыток раствора соды. Выпавший осадок прокалили, а полученный продукт нагрели в атмосфере водорода. Полученный порошок растворили в разбавленной азотной кислоте. Напишите уравнения описанных реакций.

18) Медь растворили в разбавленной азотной кислоте. К полученному раствору добавили избыток раствора аммиака, наблюдая сначала образование осадка, а затем – его полное растворение с образованием темно-синего раствора. Полученный раствор обработали серной кислотой до появления характерной голубой окраски солей меди. Напишите уравнения описанных реакций.

19) Медь растворили в концентрированной азотной кислоте. К полученному раствору добавили избыток раствора аммиака, наблюдая сначала образование осадка, а затем – его полное растворение с образованием темно-синего раствора. Полученный раствор обработали избытком соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.

20) Газ, полученный при взаимодействии железных опилок с раствором соляной кислоты, пропустили над нагретым оксидом меди (II) до полного восстановления металла. полученный металл растворили в концентрированной азотной кислоте. Образовавшийся раствор подвергли электролизу с инертными электродами. Напишите уравнения описанных реакций.

21) Йод поместили в пробирку с концентрированной горячей азотной кислотой. Выделившийся газ пропустили через воду в присутствии кислорода. В полученный раствор добавили гидроксид меди (II). Образовавшийся раствор выпарили и сухой твердый остаток прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

22) Оранжевый оксид меди поместили в концентрированную серную кислоту и нагрели. К полученному голубому раствору прилили избыток раствора гидроксида калия. выпавший синий осадок отфильтровали, просушили и прокалили. Полученное при этом твердое черное вещество в стеклянную трубку, нагрели и пропустили над ним аммиак. Напишите уравнения описанных реакций.

23) Оксид меди (II) обработали раствором серной кислоты. При электролизе образующегося раствора на инертном аноде выделяется газ. Газ смешали с оксидом азота (IV) и поглотили с водой. К разбавленному раствору полученной кислоты добавили магний, в результате чего в растворе образовалось две соли, а выделение газообразного продукта не происходило. Напишите уравнения описанных реакций.

24) Оксид меди (II) нагрели в токе угарного газа. Полученное вещество сожгли в атмосфере хлора. Продукт реакции растворили в в воде. Полученный раствор разделили на две части. К одной части добавили раствор иодида калия, ко второй – раствор нитрата серебра. И в том, и в другом случае наблюдали образование осадка. Напишите уравнения описанных реакций.

CuO + CO → Cu + CO2

2CuCl2 + 2KI = 2CuCl↓ + I2 + 2KCl

25) Нитрат меди (II) прокалили, образовавшееся твердое вещество растворили в разбавленной серной кислоте. Раствор полученной соли подвергли электролизу. Выделившееся на катоде вещество растворили в концентрированной азотной кислоте. Растворение протекает с выделением бурого газа. Напишите уравнения описанных реакций.

26) Щавелевую кислоту нагрели с небольшим количеством концентрированной серной кислоты. Выделившийся газ пропустили через раствор гидроксида кальция. В котором выпал осадок. Часть газа не поглотилась, его пропустили над твердым веществом черного цвета, полученным при прокаливании нитрата меди (II). В результате образовалось твердое вещество темно-красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

CuO + CO → Cu + CO2

27) Концентрированная серная кислота прореагировала с медью. Выделившийся при газ полностью поглотили избытком раствора гидроксида калия. Продукт окисления меди смешали с расчетным количеством гидроксида натрия до прекращения выпадения осадка. Последний растворили в избытке соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.

Источник