Электроліз розплавів і водних розчинів

ЕЛЕКТРОЛІТІВ

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ВИЗНАЧЕННЯ

Електроліз	- сукупність окисно-відновних процесів, які відбуваються під дією постійного електричного струму на електродах, занурених у розчин або розплав електроліту. На катоді відбувається процес відновлення, а на аноді – окиснення.
Об’єднаний закон Фарадея	- маса речовини, яка виділяється або розкладається на електродах під час електролізу, пропорційна кількості електрики, що проходить через розчин або розплав і не залежить від інших факторів: або , де - маса окисненої або відновленої речовини, г; - молярна маса еквівалента речовини, г/моль е; Q – кількість електрики, Кл; - сила струму, А; - час, с; - стала Фарадея, Кл/моль е.

Для газоподібних речовин об’єднаний закон Фарадея можна записати у вигляді:

де V – об’єм газу, що виділяється на катоді або аноді, л;

- молярний об’єм еквівалента окисненої або відновленої газоподібної речовини, л/моль е.

ПРИКЛАДИ ВИКОНАННЯ ЗАВДАНЬ

Приклад 1. Процеси при електролізі розплаву електролітів.

Скласти рівняння катодного і анодного процесів, які відбуваються при електролізі розплаву суміші Cu(NO₃)₂ і KOH з графітовими електродами.

Відповідь. У розплаві електроліти дисоціюють на іони:

На катоді (-) відновлюється найбільш активний окисник з найбільшим значенням електродного потенціалу. У даному випадку можливе відновлення як іонів міді

,

так і іонів калію

.

Оскільки , то на катоді виділяється мідь.

На аноді (+) окиснюється найбільш активний відновник з найменшим значенням електродного потенціалу. У даному випадку можливе окиснення як іонів , так і іонів . Згідно послідовності розрядження аніонів на інертному аноді (, аніони оксигеновмісних кислот) в даному випадку мають розряджатися іони :

 

Приклад 2. Процеси при електролізі водного розчину електроліта з інертними електродами.

Скласти рівняння катодного і анодного процесів, які відбуваються при електролізі водного розчину солі Na₂SO₄ з інертними електродами.

Відповідь. У водному розчині відбуваються процеси дисоціації:

На катоді можуть відновлюватися іони Na⁺:

і молекули води

Оскільки , то в першу чергу відновлюються молекули води з виділенням водню.

На аноді, відповідно до послідовності розрядження аніонів на інертному аноді (, аніони оксигеновмісних кислот), розряджаються молекули води з утворенням кисню:

 

Приклад 3. Процеси при електролізі водного розчину електроліту з розчинним анодом.

Скласти рівняння електродних процесів при електролізі розчину FeCl₂ з мідним анодом.

Відповідь. У розчині відбуваються процеси дисоціації:

 

 

На катоді можливі процеси відновлення:

Оскільки стандартні електродні потенціали цих систем близькі, то на катоді одночасно відновлюються і іони Феруму(II) і молекули води.

На аноді окиснюється матеріал електрода – мідь, бо стандартний потенціал процесу

є найменшим порівняно зі стандартними потенціалами процесів окиснення та .

 

Приклад 4. Розрахунки на підставі об’єднаного закону Фарадея.

Електроліз розчину CuCl₂ проводили силою струму 5А протягом 10 годин. Скласти рівняння катодного і анодного процесів, які відбуваються на інертних електродах. Розрахувати масу солі, що розклалася, масу речовини, яка виділилась на катоді, і об’єм газу, що виділився на аноді.

Розв’язання. У водному розчині купрум(II) хлориду відбуваються процеси дисоціації:

На катоді відновлюються іони Cu²⁺, оскільки , а стандартний потенціал відновлення молекули води значно менший і дорівнює

-0,41В.

На аноді окиснюються іони Cl^– відповідно до послідовності розрядження аніонів:

( аніони оксигеновмісних кислот).

Отже, на електродах ідуть процеси:

Для розрахунку мас речовин, що розкладаються та виділяються при електролізі використовуємо об’єднаний закон Фарадея:

Молярна маса еквівалента CuCl₂:

.

 

Маса CuСl₂, що розклалася під час електролізу:

 

Молярна маса еквівалента Купрум(II) і маса міді, що виділилась на катоді, дорівнюють:

Об’єм газу, який виділяється при електролізі, розраховується відповідно до закону Фарадея за формулою

Молярний об’єм еквівалента хлору:

.

Об’єм хлору, що виділився на аноді:

.

 

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ

561. Скласти рівняння катодного і анодного процесів, які відбуваються при електролізі розплаву суміші солей KCl та AgNO₃ з інертним анодом. Яка маса срібла виділиться при проходженні струму силою 5А протягом двох годин?

Відповідь: 40,3 г.

 

562. Скласти рівняння процесів, які відбуваються при електролізі розчину СuCl₂ з мідним анодом. На скільки зменшиться маса анода через 3 години при проходженні струму силою 4А?

Відповідь: на 14,2 г.

 

563. На підставі рівнянь процесів, які відбуваються при електролізі розплаву NaCl, визначити масу металу, що виділяється на катоді, та об’єм газу, який виділяється на інертному аноді, при проходженні через електролізер 100 кКл електрики.

Відповідь: 23,8 г, 11,6 л.

 

564. Електроліз розчину проводили при силі струму 4А протягом 5 годин. Скласти електронні рівняння процесів, які відбуваються на інертних електродах, та визначити маси речовин, які виділились на катоді та аноді.

Відповідь: 21,9 г, 6 г.

565. Визначити силу струму, необхідну для отримання 50 г металічного магнію, при електролізі розплаву магній хлориду протягом 10 годин. Скласти рівняння процесів на інертних електродах.

Відповідь: 11,2 А.

 

566. Скласти рівняння процесів, які відбуваються на графітових електродах при проходженні струму силою 5А через водний розчин PbCl₂. Протягом якого часу маса катоду збільшиться на 30 г?

Відповідь: 1 год 33 хв.

 

567. Яка сила струму потрібна для зменшення на 20 г маси цинкового аноду при електролізі розчину ZnSO₄ протягом 1 години? Скласти рівняння електродних процесів.

Відповідь: 16,4А.

 

568. При пропусканні електричного струму силою 6А через розчин солі двовалентного металу протягом 4 годин на катоді виділилось 28,45 г металу. Розрахувати молярну масу цього металу. Який це метал?

Відповідь: 63,5 г/моль.

 

569. Електроліз розчину SnCl₂ проходив при силі струму 4А. Скласти рівняння катодного і анодного процесів та розрахувати масу солі, що разклалася за 2 години.

Відповідь: 28,3 г.

 

570. Скласти рівняння катодного і анодного процесів, які відбуваються при пропусканні електричного струму силою 10А через розплав NaOH. Розрахувати масу речовин, які виділилися на графітових електродах через 2,5 години.

Відповідь: 21,45 г, 7,5 г.

 

571. Скласти рівняння електродних процесів при електролізі розплаву FeCl₂. Визначити молярну масу еквівалента Феруму, якщо за 3 години на катоді виділилось 25 г металу при силі струму 8А.

Відповідь: 27,9 г/моль е.

 

572. Розрахувати масу і об’єм газу, що виділився на інертному аноді при проходженні через розчин Cr₂(SO₄)₃ 14500 Кл електрики. Скласти рівняння анодного і катодного процесів.

Відповідь: 1,2 г, 0,8 л.

 

573. На скільки зменшиться маса нікелевого анода, якщо через розчин солей Na₂S і KІ пропустити електричний струм силою 8А протягом 10 годин? Скласти рівняння катодного і анодного процесів.

Відповідь: 87,6 г.

 

574. При електролізі розплаву солі Феруму на катоді виділилось 3,6 г металу. Визначити молярну масу еквівалента Феруму, якщо електроліз тривав 1 годину при силі струму 5,2А.

Відповідь: 18,6 г/моль е.

 

575. Визначити час, потрібний для виділення 2 кг металічного кальцію на вугільних електродах електролізом розплаву Са(ОН)₂ при силі струму 2500А. Скласти рівняння катодного і анодного процесів.

Відповідь: 1 год 4 хв. 20 с.

 

576. Скласти рівняння катодного і анодного процесів на вугільних електродах при електролізі розчину К₂SO₄. Яка маса води розклалася за 2 год 15 хв при силі струму 8А?

Відповідь: 6,04г.

 

577. Визначити час, потрібний для розкладу 0,5 кг Cu(NO₃)₂ при електролізі розчину цієї солі електричним струмом силою 16А. Скласти рівняння електродних процесів на графітових електродах.

Відповідь: 8 год 56 хв.

 

578. Електроліз розплаву NiCl₂ проводили при силі струму 10А протягом 4 год 25 хв. Скласти рівняння процесів, які відбуваються на інертних електродах, та розрахувати маси речовин, які виділяються на катоді та аноді.

Відповідь: 48,4 г, 58,5 г.

579. При електролізі розчину CuSO₄ протягом 10 годин маса мідного аноду зменшилась на 100 г. Скласти рівняння електродних процесів та розрахувати силу витраченого електричного струму.

Відповідь: 8,4А.

 

580. Скласти рівняння катодного і анодного процесів, які відбуваються при електролізі розчину солей NaІ і AgClO₄. На скільки зросте маса катоду через 8 годин при силі електричного струму 6А?

Відповідь: на 193,4 г.

 

ТВЕРДІСТЬ ВОДИ