Меню

Через раствор сульфата кадмия пропущено 25 а тока

Решение типовых задач

Пример 1. Через раствор СdSO4 пропускали ток силой 3А в течение 1 часа. Составить электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какие вещества и в каком количестве выделяются на электродах.

а) анод угольный

б) анод кадмиевый

При решении данных задач следует помнить, что процесс электролиза состоит из трех последовательных этапов:

движении ионов при пропускании электрического тока через раствор электролита;

разрядки ионов на электродах.

Чтобы определить, какие частицы участвуют в катодном процессе при электролизе водных растворов электролитов удобно воспользоваться таблицей 2, а на аноде – рисунком 1.

Таблица 2 – Процессы на катоде при электролизе водных растворов

Катионы в растворе (В) Процессы на катоде
Li+ К+ Са2+ Na+ Mg2+ Al3+ -3,04 -2,94 -2,87 -2,71 -2,36 -1,66 Восстанавливаются молекулы воды Ионы металлов не восстанавливаются
Mn2+ Zn2+ Fe2+ Cd2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ -1,18 -0,76 -0,44 -0,40 -0,25 -0,14 -0,13 Восстанавливаются как ионы металлов, так и молекулы воды В.
Н+ Восстанавливаются ионы водорода (р-ры кислот)
Сu2+ Ag+ Au3+ +0,34 +0,80 +1,50 Восстанавливаются ионы металлов

Нерастворимый (инертный) C, W, Pt, Ir Растворимый Cu, Ag, Zn, Cd, Fe, …
Окисляются Анионы бескислородных кислот J-, Br-, Cl-, S2- Молекулы воды в присутствии анионов кислородосодержащих кислот / B + B Окисляются Только атомы металла анода

Рисунок 1 — Окисление на аноде водных растворов электролитов

Схема электролиза раствора сульфата кадмия

Так как φ О Сd 2+ | Cd = — 0,4, то на катоде происходить процессы восстановления как ионов кадмия, так и молекул воды:

Таким образом, на катоде будут выделятся водород и кадмий.

Процессы на аноде зависят от материала анода и состава кислотного остатка. При кадмиевом аноде, который относится к растворимым, окисляются атомы кадмия Cd О — 2e = Cd 2+.

В случае угольного анода, который является инертным, и учитывая, что кислотный остаток cодержит кислород, то на аноде будет происходить окисление молекул воды, приводящее к выделению кислорода.

Значит, при электролизе водного раствора CdSO4 на электродах образуется кадмий, водород и кислород.

Массу или объем выделившихся на электродах веществ рассчитать по математическому выражению II закона Фарадея.

где mВ – масса образовавшихся или подвергшихся превращению веществ, г;

F – число Фарадея (96500 Кл/моль);

Mэк (В) – молярная масса эквивалента вещества, г/моль;

V эк (В) – эквивалентный объем газа, л.

Для определения массы веществ воспользуемся формулой 15

Мэк (Сd) = = = 56 г/моль

Пример 2. Через раствор сульфата меди (II) пропустили ток силой 10 А в течение часа, при этом на катоде выделилось 11,2 г меди. Вычислить выход меди по току.

t = 1ч Составим уравнения реакций, протекающих на электродах

(-) K Cu 2+ + 2 e = Cu 0

Выходом по току называется выраженное в процентах отношение количества фактически полученного продукта электролиза к теоретическому, соответствующему количеству прошедшего электричества.

Выход по току выражается формулой

где Bi – выход по току i-го вещества;

mi – масса i-го вещества, выделившегося фактически;

m – масса выделившегося вещества теоретически;

где Bi – выход по току i-го вещества;

Qi – количество электричества, израсходованного на превращение i-го вещества;

Q – общее количество электричества, прошедшего через электрод.

Подставим соответствующие значения в формулу (15) и вычислим массу меди

m (Cu теор.) = г = 11,86 г

Выход по току В (Cu) = 100 % = 94,5 %

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.015 сек.)

Источник

Задачи для самостоятельного решения. Ток силой 6 А пропускали через водный раствор нитрата калия в течение 1,5 ч

Пример 7

Ток силой 6 А пропускали через водный раствор нитрата калия в течение 1,5 ч. Вычислить массу разложившейся воды и объем выделившихся кислорода и водорода (условия нормальные).

Решение. Запишем электродные процессы при электролизе нитрата калия.

Катод (–): 2H2O + 2e – → H2 + 2OH – ,
Анод (+): 2H2O – 4e O2 + 4H + .

Массу разложившейся воды находим из закона Фарадея, имея в виду 1,5 ч = 5400 с.

При вычислении объемов выделившихся газов используем закон Фарадея, записанный через объемы. Так как при нормальных условиях эквивалентный объем водорода равен 11,2 л/моль, а кислорода – 5,6 л/моль, то получим

321–340. Для данной реакции подберите коэффициенты методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.

322.Au + HNO3 + HCl = AuCl3 + NO + H2O.

326.HCl + HNO3 = Cl2 + NO + H2O.

341.Составьте гальваническую цепь, имея в распоряжении Cu, Pb, CuCl2 и Pb(NO3)2. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС этого элемента (концентрации растворов равны 1 моль/л).

Ответ: ЭДС = 0,463 В.

342.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из железной и оловянной пластинок, погруженных в растворы хлоридов железа (II) и олова (II) соответственно. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента (концентрации растворов равны 1 моль/л).

Ответ: ЭДС = 0,314 В.

343.Гальванический элемент составлен по схеме: Ni | NiSO4 (0,1 M) || AgNO3 (0,1 M) | Ag. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС этого элемента.

Ответ: ЭДС =1,019 В.

344.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из железной и ртутной пластинок, погруженных в растворы своих солей. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента (концентрации растворов равны 1 моль/л).

Ответ: ЭДС =1,294 В.

345.Из четырех металлов Ag, Cu, Al и Sn выберите те пары, которые дают наименьшую и наибольшую ЭДС составленного из них гальванического элемента.

Ответ: пара Cu и Ag имеет минимальную ЭДС,

пара Al и Ag – максимальную ЭДС.

346.Составьте схему двух гальванических элементов, в одном из которых свинец являлся бы катодом, а в другом – анодом. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС каждого элемента.

347.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из свинцовой и цинковой пластинок, погруженных в растворы своих солей, где [Pb 2+ ] = [Zn 2+ ] = 0,01 моль/л. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 0,637 В.

348.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из алюминиевой и цинковой пластинок, погруженных в растворы своих солей, где [Al 3+ ] = [Zn 2+ ] = 0,1 моль/л. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 0,899 В.

349.Составьте схему гальванического элемента, у которого один электрод никелевый с [Ni 2+ ] = 0,1 моль/л, а второй – свинцовый с [Pb 2+ ] = 0,0001 моль/л. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС =0,035 В.

350.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из цинковой пластинки, погруженной в 0,1 М раствор нитрата цинка, и свинцовой пластинки, погруженной в 1 М раствор нитрата свинца. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 0,666 В.

351.Составьте схему гальванического элемента, у которого один электрод никелевый с [Ni 2+ ] = 0,1 моль/л, а второй – свинцовый с [Pb 2+ ] = 0,0001 моль/л. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 0,035 В.

352.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из кадмиевой пластинки, погруженной в 0,1 М раствор сульфата кадмия, и серебряной пластинки, погруженной в 0,01 М раствор нитрата серебра. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 1,113 В.

353.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух алюминиевых пластинок, опущенных в растворы его соли с концентрацией [Al 3+ ] = 1 моль/л у одного электрода и [Al 3+ ] = 0,1 моль/л у другого электрода. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 0,029 В.

354.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух серебряных электродов, опущенных в 0,0001 моль/л и 0,1 моль/л растворы AgNO3. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 0,563 В.

355.Напишите уравнения электродных процессов, суммарную реакцию и вычислите ЭДС гальванического элемента Ni | NiSO4 (0,01 M) || Cu(NO3)2 (0,1 M) | Cu.

Ответ: ЭДС = 0,596 В.

356.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из кадмиевой пластинки, погруженной в 0,1 М раствор нитрата кадмия, и серебряной пластинки, погруженной в 1 М раствор нитрата серебра. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 1,233 В.

357.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух алюминиевых пластинок, опущенных в растворы его соли с концентрацией [Al 3+ ] = 1 моль/л у одного электрода и [Al 3+ ] = 0,01 моль/л у другого электрода. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Читайте также:  Электрический ток приборы принцип действия

Ответ: ЭДС = 0,059 В.

358.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух медных электродов, опущенных в 0,001 М и 0,1 М растворы Сu(NO3)2. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 0,059 В.

359.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух никелевых пластинок, опущенных в растворы никелевой соли с концентрацией [Ni 2+ ] = 1 моль/л у одного электрода и [Ni 2+ ] = 0,01 моль/л у другого электрода. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 0,059 В.

360.Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух свинцовых электродов, опущенных в 0,001 моль/л и 1 моль/л растворы Pb(NO3)2. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.

Ответ: ЭДС = 0,088 В.

361.В результате пропускания тока через водный раствор сульфата цинка в течение 5 ч выделилось 6 л кислорода. Определите силу тока. Напишите уравнения реакций, протекающих на инертных электродах при электролизе ZnSO4.

Ответ: I = 5,74 A.

362.В какой последовательности будут разряжаться на катоде ионы металлов при электролизе расплавов смеси солей KCl, ZnCl2, MgCl2. Ответ поясните.

Ответ: ZnCl2 (DE=2,122 B), MgCl2 (DE= 3,72 B),

KCl (DE= 4,28 B).

363.В результате пропускания тока силой 1,2 А через водный раствор соли двухвалентного металла в течение 1 ч выделилось 2,52 г металла. Определите атомную массу этого металла.

Ответ: M(Сd) = 112,5 г/моль.

364.Сколько граммов меди выделится на катоде при пропускании через раствор сульфата меди тока силой 5 А в течение 10 минут?

Ответ: m (Cu) = 0,987 г.

365.Напишите уравнения реакций, протекающих на инертных электродах при электролизе хлорида калия, находящегося: а) в расплаве; б) в растворе.

366.При электролизе раствора сульфата меди с медными электродами масса катода увеличилась на 40 г. Какое количество электричества (в кулонах) было пропущено через раствор?

Ответ: Q = 121574,8 Кл.

367.Кадмий какой массы выделился на катоде, если через раствор сульфата кадмия пропустили ток силой 3,35 А в течение 1 ч?

Ответ: m (Cd) = 7 г.

368.Серебро какой массы выделилось на катоде, если через раствор нитрата серебра пропустили электрический ток силой 0,67 А в течение 20 ч?

Ответ: m (Ag) = 53,9 г.

369.Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора CuCl2: а) с инертным анодом; б) с медным анодом.

370.Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора Zn(NO3)2: а) с инертным анодом; б) с цинковым анодом.

371.Какое количество хлора выделится на аноде в результате пропускания тока силой 5 А через раствор хлорида серебра в течение 1 ч?

Ответ: V (Cl2) = 2 л.

372.Какое количество никеля выделится при пропускании тока силой 5 А через раствор нитрата никеля в течение 5,37 ч? Напишите уравнения реакций, протекающих на инертных электродах.

Ответ: m (Ni) = 29,4 г.

373.При электролизе раствора сульфата никеля выделяется 4,2 л кислорода (н.у.). Сколько граммов никеля выделится на катоде?

Ответ: m (Ni) = 22 г.

374.Какое количество электричества потребуется для получения 44,8 л водорода при электролизе водного раствора хлорида калия? Напишите уравнения реакций, протекающих на инертных электродах.

Ответ: Q = 386000 Кл.

375.Вычислить массу серебра, выделившегося на катоде при пропускании тока силой 7 А через раствор нитрата серебра в течении 30 мин.

Ответ:m(Ag) = 14 г.

376.Сколько времени потребуется для полного разложения 2 молей воды током силой 2 А?

Ответ:53,6 ч.

377.Найти объем кислорода (н.у.), который выделится при пропускании тока силой 6 А в течение 30 мин через водный раствор КОН.

Ответ:V2) = 627 мл.

378.Найти объем водорода (н.у.), который выделится при пропускании тока силой в 3 А в течение 1 ч через водный раствор Н2SO4.

379.При электролизе водного раствора SnCl2 на аноде выделилось 4,48 л хлора (н.у.). Найти массу выделившегося на катоде олова.

Ответ:m (Sn) = 23,7 г.

380.При прохождении через раствор соли трехвалентного металла тока силой 1,5 А в течение 30 мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислить атомную массу металла.

Ответ:Ar (In) = 114,8 а.е.м.

Контрольные вопросы

1.Что называют гальваническим элементом? Описать принцип его работы.

2.Что такое стандартный электродный потенциал?

3.Что такое электродвижущая сила гальванического элемента? Как рассчитывается ЭДС гальванического элемента для стандартных условий и условий, отличных от стандартных?

4.В чем отличие металлических и концентрационных гальванических элементов?

5.Какие процессы протекают при работе гальванического элемента, состоящего из железного и серебряного электродов, опущенных в растворы своих солей?

6.Составьте схемы гальванических элементов, в которых ртутный электрод является: а) анодом; б) катодом.

7.Что такое электролиз?

8.Назовите продукты электролиза водного раствора нитрата меди на нерастворимом аноде.

9.Дайте определение явления перенапряжения. Когда оно возникает?

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

Источник

Электролиз с растворимым анодом

При электролизе используют инертные аноды (Pt, графит), реже иридий, золото, тантал. В качестве растворимых анодов могут быть Cu, Ni, Cd, Al и другие металлы. При этом виде электролиза анод – металл окисляется (растворяется), образующиеся катионы металла перемещаются к катоду и на нем восстанавливаются до металла. Таким образом, металл растворимого анода осаждается на катоде. Электролиз с растворимым анодом имеет важное техническое значение, в частности широко применяется для очистки металлов – электрорафинирования.

Законы Фарадея

Протекание первичных анодных и катодных процессов подчиняется законам, установленным М. Фарадеем.

1-й закон Фарадея: масса вещества m, выделяемая на электроде электрическим током, прямо пропорциональна количеству электричества Q, прошедшего через электролит:

m = Кэ× Q или m = Кэ× I×t, (17.1)

где Q = I×t, I – сила тока, А; t – время пропускания тока, с; Кэ – электрохимический эквивалент, равный количеству вещества, кг, выделяемого при прохождении 1 кулона (Кл) или 1 ампер×секунды (А×с) электричества. Как следует из 2-го закона Фарадея, электрохимический эквивалент вещества таков

здесь mэ – эквивалентная масса вещества, г/моль.

2-й закон Фарадея: массы различных веществ, выделяемых одним и тем же количеством электричества, прямо пропорциональны их эквивалентным массам mэ:

Для выделения на электроде одного эквивалента любого вещества необходимо затратить одно и то же количество электричества, а именно 96487 Кл, называемое числом Фарадея. Число Фарадея F равно произведению числа Авогадро на заряд электрона: F = NA × e = 96487.

Из законов Фарадея следует, что

где m – масса вещества, образовавшегося или подвергнувшегося превращению, г; mэ – эквивалентная масса этого вещества, г/моль; I – сила тока, А; t –продолжительность электролиза, с.

При практическом проведении электролиза некоторая часть электроэнергии затрачивается на побочные процессы, в частности на преодоление сопротивления электролита. Важной характеристикой рентабельности работы электролизера является выход по току (h, %):

где mпр – масса практически выделенного вещества; mтеор – масса вещества, которая теоретически должна выделиться по уравнению (17.4).

Выход по току (%) можно рассчитать по формуле

где Qтеор – количество электричества, необходимое по закону Фарадея для выделения данного количества вещества; Qпр – количество электричества, практически затраченного на выделение того же количество вещества.

На процесс электролиза существенно влияет плотность тока, т. е. величина тока I, приходящаяся на единицу рабочей поверхности электрода S. Плотность тока (выражается в А/см 2 или А/дм 2 ):

Пример 1. При электролизе раствора NaCl было получено 400 см 3 раствора, содержащего 18 г NaOH. За то же время в кулонометре выделилось 20,2 г меди из раствора сульфата меди. Определить выход по току.

Решение. Используем закон эквивалентов:

(теоретическое количество щелочи). По условию mпр = 18 г, тогда выход по току

Пример 2. Ток, проходя через раствор кислоты, выделяет за 6 мин 120 см 3 Н2, измеренного при температуре 17 °С и давлении 98910 Па. Найти силу тока.

Решение. По уравнению Менделеева — Клайперона найдем массу водорода:

Силу тока находим по обобщенной формуле закона Фарадея (17.4):

Пример 3. Вычислить катодную плотность тока на цилиндрическом электроде диаметром 3 см, высотой 5 см при силе тока 0,4 А.

Решение. Поверхность электрода S = p × d × h = 3,14 × 3 × 5 = 47,1 см 2 , плотность тока

17.1. Ток силой 2,2 А проходит через раствор медного купороса в течение 2 ч. Какова масса выделившейся меди?

Ответ: 5,216 г.

17.2. Сколько граммов серной кислоты образуется при электролизе раствора медного купороса в течение 3 ч 10 мин при силе тока 0,56 А?

Ответ: 3,245 г.

17.3. Через раствор FeCl2 пропускали ток силой 3 А в течение 12 мин, а через раствор FeCl3 за это же время — ток силой 4 А. В каком из растворов масса выделившегося железа больше?

Читайте также:  Источник электрической энергии дает ток 0 5 а

Ответ: больше из FeCl2.

17.4. Через соединенные последовательно растворы SnCl2 и SnCl4 пропускали в течение 10 мин ток силой 3 А. Вычислить массы олова и хлора, выделившихся из каждого раствора в отдельности.

Ответ: Sn – 1,105 г и 0,554 г; Cl2 – 0,6613 г.

17.5. Через раствор иодида бария пропускают ток силой 5,2 А в течение 18 мин. Какие реакции протекают на электродах? Какие вещества и в каких количествах выделятся на электродах?

Ответ: H2 – 0,058665 г; I2 – 7,387 г.

17.6. Сколько граммов КОН образуется при электролизе раствора КСl, если на аноде выделилось 10,85 л хлора, объем которого измерен при 22 °С и 99 975 Па?

Ответ: 49,64 г.

17.7. Какие процессы происходят на электродах при электролизе раствора NiSO4, если оба электрода сделаны из никеля? Как изменится масса анода после пропускания тока силой 3,2 А в течение 30 мин?

Ответ: уменьшится на 1,752 г.

17.8. Какие процессы протекают на электродах при электролизе сульфата кадмия (электроды нерастворимые)? Какие вещества и в каком количестве выделяются на электродах при прохождении через раствор тока силой 3,6 А в течение 42 мин?

Ответ: Cd – 5,283 г; O2 – 0,7521 г.

17.9. Сколько времени надо пропускать электрический ток через раствор соли серебра, чтобы покрыть с двух сторон пластинку размером 4´6 см 2 слоем серебра толщиной 0,02 мм, если сила тока 0,6 А, а плотность серебра 10,5 г/см 3 ?

Ответ: 25 мин 2 с.

17.10. Вычислить силу тока, выделяющего за 30 мин из раствора серной кислоты 380 см 3 гремучего газа, измеренного при 22 °С и 99975 Па. (Гремучий газ – смесь H2 и O2 в объемном соотношении 2:1.)

Ответ: 1,105 А.

17.11. Электрический ток, проходя в течение 7 мин через бездиафрагмный электролизер (рис. 19, а), содержащий разбавленную серную кислоту, выделяет 50 см 3 гремучего газа, измеренного при 18 °С и 99442 Па. Рассчитать силу тока. (Гремучий газ – смесь H2 и O2 в объемном соотношении 2:1).

Ответ: 0,623 А.

17.12. Какой силы ток надо пропускать через 0,12 н. раствор Bi(NO3)3, чтобы в течение 30 мин полностью выделить металл из 40 см 3 раствора?

Ответ: 0,26 А.

17.13. Через раствор медного купороса пропускали электрический ток в течение 30 мин. При этом выделилось 0,25 г меди. Амперметр показывал 0,4 А. Определить ошибку (D) в показаниях амперметра.

Ответ: показания меньше на 0,0217 А.

17.14. Через раствор соли серебра пропускали электрический ток в течение 1 ч. При этом выделилось 0,4830 г серебра. Амперметр показывал 0,09 А. Какова относительная ошибка в его показаниях?

17.15. При электролизе раствора медного купороса образовалось 6,35 г меди. Какой газ и в каком количестве (по объему) выделился на аноде, если он измерен при 25 °С над водой при давлении 99980 Па? Давление водяных паров при этой температуре равно 3172,6 Па. Сколько времени продолжался электролиз, если сила тока была 0,2 А?

Ответ: O2 – 1,278 л; 26 ч 47 мин.

17.16. Сколько кислорода, см 3 , при н. у. выделится при электролизе раствора серной кислоты током силой 2,6 А за 4 мин?

Ответ: 36,01 см 3 .

17.17. Сколько водорода, см 3 , при н. у. выделится при электролизе раствора Na2SO4 током силой 2,4 А за 5 мин 45 с?

Ответ: 96,1 см 3 .

17.18. Сколько кислорода, см 3 , при н. у. должно выделиться на аноде за время, в течение которого отложилось на катоде 0,1324 г серебра при одной и той же силе тока?

Ответ: 6,871 см 3 .

17.19. Электрический ток силой 1 А проходит в течение 1 ч через раствор CuSO4 (электроды нерастворимые). Определить количества выделившейся меди, г, и образовавшейся серной кислоты в растворе (в молях) за указанное время, если выход по току равен 90 %.

Ответ: Cu – 1,067 г; H2SO4 – 1,68×10 — 2 моль.

17.20. Какие процессы протекают при электролизе водного раствора КСl? Вычислить, какое количество гидроксида калия получится при пропускании тока силой 10 А в течение 6 ч 20 мин, если выход по току составляет 60 %.

Ответ: 79,39 г.

17.21. Какой силы ток надо пропускать через расплавленный NaOH в течение 3 ч 30 мин, чтобы получить 22 г металлического натрия при выходе по току 40 %?

Ответ: 18,32 А.

17.22. Вычислить время, необходимое для получения электролизом 1 т алюминия при силе тока 20000 А и выходе по току 80 %.

Ответ: 186 ч 18 мин 20 с.

17.23. В растворе находилось 0,2 моль HgCl2 и 0,3 моль СuС12. Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах, если через раствор пропускать ток силой 10 А в течение 2 ч? Что останется в растворе? (Ответ: выделится а) на катоде Hg – 40,12 г и Cu – 11,0 г; б) на аноде 26,44 г Cl2. Останется в растворе 8,06 г Cu и 1,57 г Cl — ).

17.24. Смешали 20 см 3 0,1 н. AgNO3 и 20 см 3 0,6 н. Cu(NO3)2. Через раствор пропустили ток силой 0,3 А в течение 1 ч. Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах? Что останется в растворе?

Ответ: выделится: а) на катоде Ag – 0,2158 г и Cu – 0,2923 г; б) на аноде 0,0896 г O2. Останется в растворе 0,089 г Cu и 0,173 г NO3 — .

17.25. Металлический предмет общей поверхностью 100 см 2 требуется покрыть слоем никеля 0,2 мм. Плотность никеля 8,9 г/см 3 . Какова плотность тока и сколько времени потребуется его пропускать при силе тока 3 А, если 10 % тока теряется в аппаратуре?

Ответ: 3 A/дм 2 ; 6 ч 1 мин 20 с.

17.26. Стальную пластинку размером 10´20 см 2 требуется электролитически покрыть с одной стороны слоем хрома толщиной 0,025 мм из раствора Cr(NO3)3. Вычислить катодную плотность тока и время, необходимое для получения данного покрытия, если пропускать ток силой 0,18 А. Плотность хрома 6,92 г/см 3 .

Ответ: 0,09 А/дм 2 ; 29 ч 43 мин 20 с.

17.27. Вычислить анодную и катодную плотности тока, если через раствор пропускали ток силой 2,1 А; электроды выполнены в виде прямоугольных листов с размерами анода 5´8 см 2 , катода 10´20 см 2 . (Толщиной пластин пренебречь.)

Ответ: 2,625 А/дм 2 ; 0,525 А/дм 2 .

17.28. При электролизе раствора соли никеля в течение 4 ч 30 мин катод с площадью поверхности 10 см 2 покрылся слоем никеля толщиной 0,025 мм. Вычислить силу тока и катодную плотность тока, если выход по току составил 81 %. Плотность никеля 8,9 г/см 3 .

Ответ: 0,05576 А; 0,5576 А/дм 2 .

17.29. Рассчитать силу тока, который можно пропускать через раствор с цилиндрическим катодом, чтобы не превысить катодную плотность тока 0,2 А/см 2 . Высота катода 5 см, а диаметр цилиндра 3 см.

Ответ: не более 9,42 А.

17.30. Для полного выделения цинка из 1,1250 г цинковой руды после соответствующей обработки потребовалось 9,5 мин при силе тока 1,1 А. Определить содержание оксида цинка в руде, % мас.

Источник



Электpохимические методы анализа (ЭМА).

ЭМА основаны на процессах, пpотекающих на электpодах или межэлектpодном пpостpанстве. Инстpументом для ЭМА служит электpохимическая ячейка, пpедставляющая собой сосуд с pаствоpом электpолита, в котоpый погpужены как минимум два электpода.

Электрохимические методы анализа имеют самостоятельное значение для прямого проведения химического анализа, но могут применяться как вспомогательные в других методах анализа. Например, использоваться в титриметрии для регистрации конца титрования не с помощью химического цветопеременного индикатора, а по изменению потенциала, электрической проводимости тока.

На принципах электролиза базируются кулонометрия, вольтамперометрия и электрогравиметрия.

Кулонометрия –измерение количества электричества, необходимого для полного превращения (окисления или восстановления) исследуемого вещества.

Вольтамперометрия – измерение стационарных или нестационарных поляризационных характеристик электродов в реакциях с участием исследуемого вещества.

Электрогравиметрия – измерение массы вещества, выделенного из раствора при электролизе.

4 Примеры решения задач

Пример 1. – Определите массу цинка, которая выделится на катоде при элек­тролизе раствора сульфата цинка в течение 1 ч при токе 26,8 А, если выход цинка по току равен 50 %.

Согласно закону Фарадея,

где m масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде, г; Мэ масса моля эквивалентов вещества, г ∕ моль;

Читайте также:  Источнику тока эдс 12в подключили реостат

t – продолжительность электролиза, с.

Масса моля эквивалентов цинка в ZnSO4 равна 65:2 = 32,5 г. Подставив в уравнение закона Фарадея числовые значения Мэ(Zn), I и t(3600 с), определим массу цинка, который должен выделиться:

mZn= 32,5·26,8·3600/96500 = 32,5 г.

Так как выход по току цинка составляет 50 %, то практически на катоде выде­лится цинка mпр = 32,5 × 50/100 = 16,25 г.

Пример 2 – Рассчитайте ток при электролизе раствора в течение 1 ч 40 мин 25 с, если на катоде выделилось 1,4 л водорода, измеренного при нормальных условиях (н.у.).

Согласно закону Фарадея, имеем

Так как количество водорода дано в объемных единицах, то отношение m/Мэзаменяем отношением V(H2)/Vэ2),где V(H2) – объем водорода, л; Vэ2) объем моля эквивалентов водорода. Vэ2) = 11,2 л. Тогда

Подставив в приведенную формулу числовые значения, получим

I = 1,4 × 96 500/(11,2 × 6025) = 2А.

Пример 3 Сколько граммов едкого кали образовалось у катода при элек­тролизе раствора K2SO4, если на аноде выделилось 11,2 л кислорода, измерен­ного при н.у.?

Объем моля эквивалентов кислорода равен 22,4/4 = 5,6 л. Следовательно, 11,2 л кислорода составляет 2 моль эквивалентов. Столько же – 2 моль эквивалентов КОН, образовалось у катода, или 56×2= 112 г (56 г – масса 1 моль эквивалентов КОН).

Пример 4 Какие реакции протекают на электродах при электролизе раство­ра сульфата цинка:

а) с графитовым анодом;

б) с цинковым анодом?

Как изме­нится количество цинка в растворе в обоих случаях, если через раствор пропу­скать ток силой 26,8 А в течение 1 ч? Выход по току цинка на катоде –50 %, на аноде –100%.

В водном растворе сульфата цинка протекает реакция дис­социации по уравнению

Стандартный потенциал цинкового электрода меньше стандартного потенциала водородного электрода, поэтому можно ожидать выделения водорода на катоде. Однако в нейтральном растворе потенциал водородного электрода отрицательнее стандартного и равен –0,41 В. Кроме того, поляризация водо­родного электрода больше, чем поляризация цинкового электрода, поэтому про­исходит одновременное выделение водорода и цинка. На выделение цинка и водорода тратится по 50 % электричества. На цинковом аноде происходит только растворение цинка Zn – 2е — ® Zn 2+ , так как потенциал выделения кислорода из воды в нейтральной среде положительнее потенциала цинкового электрода. Уравнения электродных процессов имеют вид:

А: Zn – 2е — ® Zn 2+ К: Zn 2+ + 2е + ® Zn;

На графитовом аноде будет выделяться кислород, так как ион SO4 2– в этих условиях не окисляется. В этом случае электродные процессы имеют вид:

А: 2H2O – 4e– = O2↑ +4H + К: Zn 2+ + 2е + ® Zn;

Таким образом, в электролизере с цинковым анодом на катоде осаждается цинк и выделяется водород, а на аноде растворяется цинк. В электролизере с графитовым электродом на катоде осаждается цинк и выде­ляется водород; на аноде выделяется кислород. В анодном пространстве образуется серная кислота.

По закону Фарадея при пропускании 26,8 А×ч электричества (1F) на элек­тродах испытывает превращение 1 моль эквивалентов вещества. Так как выход цинка на катоде составляет 50 %, то на нем выделится 0,5 моль эквивалентов цинка и количество цинка в электролите уменьшится также на 0,5 моль эквива­лентов. Если анод графитовый, то цинк в раствор не поступает и в процессе электролиза количество цинка в растворе уменьшится на 0,5 моль эквивалентов. Если анод цинковый, то при прохождении через него 26,8 А×ч электричества (1F) при 100-процентном выходе по току растворяется 1 моль эквивалентов цинка. Так как в раствор переходит 1 моль эквивалентов, а осаждается на катоде 0,5 моль эквивалентов цинка, то суммарное увеличение количества цинка в растворе равно 0,5 моль эквивалентов.

Контрольные вопросы и задачи

1 При пропускании тока 2 А в течение 1 ч 14 мин 24 с через водный раствор хлорида металла (II) на одном из графитовых электродов выделился металл массой 2,94 г. Чему равна атомная масса металла, если выход по току 100 %, и что это за металл? Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах.

2 Через раствор сульфата кадмия пропущено 25 А×ч электричества. При этом на катоде выделился кадмий массой 42,5 г. Напишите уравнения реак­ций, протекающих на электродах, рассчитайте выход по току кадмия.

3 Через раствор сульфата металла (II) пропустили 40 Кл электричества. При этом на катоде выделился металл массой 0,196 г. Выход металла по току на катоде – 80 %. Определите металл и составьте уравнения реакций, протекающих на электродах: для графитовых электродов; для металлических элек­тродов.

4 Через раствор сульфата железа (II) пропускали ток 13,4 А в течение 1ч. Определите массу железа, которая выделилась на катоде, если выход по току был равен 70 %. Напишите уравнения реакций, протекающих на электро­дах.

5 При электролизе сульфата натрия получили при н.у. водород объемом 448 л. Напишите уравнения реакций, протекающих на нерастворимых аноде и катоде, и рассчитайте, сколько времени протекал электролиз, если ток был 50 А.

6 Электролиз раствора К24 проводили с нерастворимыми электродами при токе 2,68 А в течение 1 ч. Составьте уравнения процессов, происходящих на электродах, вычислите объем выделяющихся при н.у. на электродах ве­ществ.

7 При электролизе раствора сульфата меди на аноде выделился кислород объемом 560 мл, измеренный при н.у. Сколько граммов меди выделилось на катоде?

8 Электролиз раствора сульфата цинка проводили с нерастворимыми ано­дами в течение 6,7 ч, в результате чего выделился кислород объемом 5,6 л, измеренный при н.у. Вычислите ток и массу осажденного цинка при выходе его по току 70 %.

9 Напишите уравнения реакций, протекающих на нерастворимых электро­дах при электролизе водного раствора КОН. Какие вещества и в каком объеме можно получить при н.у., если пропустить ток 13,4 А в течение 2 ч?

10 Сколько граммов H2SO4 образуется около нерастворимого анода при электролизе раствора Na2SO4, если на аноде выделяется кислород объемом 1,12 л, измеренный при н.у.? Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде.

11 Сколько граммов NaOH образовалось у катода при электролизе раствора сульфата натрия, если на катоде выделился водород объемом 5,6 л, измеренный при н.у.?

12 Сколько граммов RbOH образовалось у катода при электролизе раствора сульфата рубидия, если на катоде выделился водород объемом 1,12 л, изме­ренный при н.у.

13 Напишите уравнения реакций, протекающих на графитовом электроде при электролизе:

а) расплава хлорида кальция;

б) раствора хлорида кальция.

Сколько времени необходимо вести электролиз при токе 1А, чтобы на ка­тоде выделилось вещество массой 4 г (для случаев а и б)?

14 В двух электролизерах с графитовыми электродами происходит элек­тролиз:

Напишите уравнения электродных реакций, рассчитайте массу веществ, выделившихся на катодах при про­хождении 53,6 А×ч электричества.

15 Какие процессы идут на графитовых электродах при электролизе раствора КОН? Сколько граммов вещества выделится на электродах при про­хождении через раствор тока 6,7 А в течение 1 ч?

16 Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах при элек­тролизе водного раствора сульфата никеля:

а) электроды никелевые;

б) элек­троды нерастворимые.

Каким должен быть ток, чтобы за 10 ч на катоде выде­лился никель массой 47 г при выходе его по току 80 %?

17 При электролизе раствора бромида меди (II) (нерастворимые электро­ды) на одном из электродов выделилась медь массой 0,635 г. Сколько граммов брома выделилось на другом электроде, если выход по току брома 90 %? Сос­тавьте уравнения реакций, протекающих на электродах.

Список литературы

1 Росин, И. В. Общая и неорганическая химия. Современный курс: учеб. пособие ∕ И.В.Росин, Л. Д. Томина. – Л. : Юрайт, 2012. – 1338 с.

2 Хомченко, И. Г. Общая химия : учебник / И. Г. Хомченко. – М.: Новая Волна, 2002. – 464 с.

3 Гольбрайх, З. Е. Сборник задач и упражнений по химии : учеб. пособие / З. Е. Гольбрайх, Е. И. Маслов. – 6-е изд. – М.: АСТ: Астрель, 2004. – 383 с.

4 Коровин, Н. В. Общая химия / Н.В. Коровин – М.: Высш. шк., 2010. – 559 с.

5 Глинка, Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии / Н. Л. Глинка. – Л.: Химия, 2004. – 274 с.

6 Глинка, Н. Л. Общая химия / Н.Л. Глинка, В. А. Попков, А. В Бабков. – 18-е изд. – Л.: Юрайт, 2012. – 899 с.

Дата добавления: 2015-08-05 ; просмотров: 27 ; Нарушение авторских прав

Источник