WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 16 | 17 || 19 | 20 |   ...   | 26 |

3= 0,Cu - 2 e = Cu2+ 0 B.

Этот процесс характеризуется более низким значением электродного потенциала, чем остальные 0 0 3<< 1 3<< возможные анодные процессы ( и ). Поэтому при указанных условиях на аноде будет происходить окисление меди.

При электролизе водных растворов нитратов, перхлоратов и фосфатов, как и в случае сульфатов, на инертном аноде обычно происходит окисление воды с образованием свободного кислорода.

П р и м е р 136 Напишите уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раствора сульфата натрия с инертным анодом.

Решение Стандартный электродный потенциал системы Na+ + e = = Na (-2,71 B) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной водной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода 2H2O + 2 e = H2 + 2OH-, а ионы Na+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство).

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода 2H2O - 4 e = О2 + 4H+, поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (1,23 В) значительно ниже, 2чем стандартный электродный потенциал (2,01 В), характеризующий систему 2SO2- - 2e = S2O8. Ионы SO2-, движущиеся при электролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.

Умножая уравнение катодного процесса на два и складывая его с уравнением анодного процесса, получаем суммарное уравнение процесса электролиза:

6H2O = 2H2 +4OH- + O2 +4H+ (у катода) (у анода) Приняв во внимание, что одновременно происходит накопление ионов Na+ в катодном пространстве и ионов SO2- в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей форме 6H2O + 2Na2SO4 = 2H2 +4Na+ + 4OH- + O2 +4H+ + 2SO2- (у катода) (у анода) Таким образом, одновременно с выделением водорода и кислорода образуется гидроксид натрия (в катодном пространстве) и серная кислота (в анодном пространстве).

Количественная характеристика процессов электролиза определяется законами, установленными Фарадеем. Им можно дать следующую общую формулировку: масса электролита, подвергшаяся превращению при электролизе, а также масса образующихся на электродах веществ прямопропорциональна количеству электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита, и эквивалентным массам соответствующих веществ.

Закон Фарадея выражается следующей формулой:

m = МэIt/F, (6.4.1) где m - масса образовавшегося на электродах или подвергшегося превращению вещества, г; Мэ - его эквивалентная масса, г/ моль; I - сила тока, А (ампер); t - время, с; F - число Фарадея (Кл/моль), т.е. количество электричества, необходимое для осуществления электрохимического превращения одного эквивалента вещества.

П р и м е р 137 Напишите электронные уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора сульфата меди(II). Какая масса меди выделится на катоде и какой объем кислорода выделится на аноде в течение 1 часа и силе тока равной 4А Решение Электролиз раствора сульфата меди(II):

(-) К: Cu2+, H2O.

(+) А: SO2-, H2O.

Катионы металлов (Cu2+ - Au3+), имеющие большое значение 0 при электролизе полностью восстанавливаются. Следовательно, на катоде: Cu2+ + 2 e = Cu0; на аноде окисляются молекулы воды 2H2O - 4 e = O2+4H+, т.к. кислородсодержащие анионы окисляются труднее. Общее уравнение:

2CuSO4 + 2H2O электролиз 2Cu + 2H2SO4 + O2.

Эквивалентная масса меди (II) равна 63,54/2 = 31,77 г/моль. Согласно формуле (6.4.1) и условию задачи получим:

m(Cu) = 31,77•4•3600/96500 = 4,74 г.

Для вычисления объема кислорода, который выделяется на аноде, отношение m/Mэ, заменяем отношением, где - объем кислорода, дм3; - эквивалентный объем кислорода, 5,6 дм3.

VO2 /Vэ VO2 Vэ (O2 ) (O2 ) Тогда:

VO2 = Vэ дм3.

(O2 )It/96500 = 5,6 43600/ 96500 = 0,П р и м е р 138 При пропускании тока через последовательно включенные электролизеры с растворами AgNO3, CuSO4, ZnCl2 в первом электролизере на катоде выделилось 1,118 г металлического серебра. Определите массу меди и цинка, выделившихся во втором и третьем электролизерах.

Решение Если через последовательно соединенные электролизеры пропустить одно и тоже количество электричества, то на электродах выделяются эквивалентные количества веществ:

(Cu) = (Zn) = (Ag) = m(Ag)/Mэ(Ag) = 1,118/108 = 0,0103 моль;

m(Cu) = (Cu)•Mэ(Cu) = 0,0103•32 = 0,331 г;

m(Zn) = (Zn)•Mэ(Zn) = 0,0103•32,5 = 0,339 г.

П р и м е р 139 При электролизе раствора ZnSO4 на катоде выделилось 0,1200 г цинка за 768 с.

Какую силу тока необходимо было поддерживать при электролизе, если выход по току составил 90 % Решение Выход по току:

= (mпр/mтеор)100 % (6.4.2) mтеор = (mпр/)100 = 0,1200/0,9 = 0,1333 г.

Из уравнения (6.4.1.) находим силу тока:

I = m(Zn)•96500/32,5•768 = 0,523 A.

П р и м е р 140 При электролизе водного раствора хлорида натрия ( = 20 %) массой 500 г выделился водород объемом 1,12 дм3 (н.у.). Найдите массы электролитов в растворе после электролиза.

Решение Уравнение электролиза водного раствора хлорида натрия:

2NaCl + 2Н2О электролиз H2 +2NaOH + Cl2.

Масса хлорида натрия равна m = 5000,2 = 100 г. Согласно формуле (6.4.1) имеем:

V(H2) = Q•Vэ(H2)/96500, отсюда Q = V(H2)•96500/Vэ(H2) = = 1,12•96500/11,2 = 9650 Кл.

m(NaCl) = 9650•58,5/96500 = 5,85 г; m(NaOH) = 40•9650/96500 = 4,0 г. Оставшаяся масса хлорида натрия равна 100,0 - 5,85 = 94,15 г; m(H2O) = = 9•9650/96500 = 0,9 г.

П р и м е р 141 При электролизе водного раствора нитрата никеля(II) ( = 50 %) массой 91,50 г на катоде выделился никель массой 14,75 г. Определите содержание азотной кислоты в растворе (, %) после электролиза и объем газа, выделившегося на аноде.

Решение Уравнение электролиза водного раствора нитрата никеля(II):

электролиз Ni(NO3)2 + 2H2O Ni + 2HNO3 + O2 +HM(Ni) = 59 г/моль; М(HNO3) = 63 г/моль.

Количество никеля, выделенного на катоде равно 14,75/59 = 0,25 моль. Следовательно, по реакции образуется 0,5 моль HNO3 или 0,5•63 = 31,5 г. Количество кислорода составит 0,25 моль 0,25•22,4 = 5,6 дм3 или 8,0 г. Такой же объем водорода выделяется на катоде, т.е. 5,6 дм3 или 0,5 г. Масса раствора составит 91,50 - 14,75 - 8,50 = 68,25 г.

Откуда (HNO3) = 31,50•100/68,25 = 46,5 %.

П р и м е р 142* После электролиза 200 см3 водного раствора CuSO4 ( = 1,25 г/см3) масса раствора уменьшилась на 4,0 г. Оставшийся раствор прореагировал с H2S объемом 1,12 дм3 (н.у.).

Определите массовую долю (%) растворенного вещества в исходном растворе.

Решение 1) 2CuSO4 + 2H2O электролиз 2Cu + 2H2SO4 + O2) CuSO4 + Н2S = CuS + H2SO4.

M(CuSO4) = 160 г/моль; M(Cu) = 64 г/моль.

Количество H2S равно 1,12/22,4 = 0,05 моль. Следовательно, по реакции (2) количество CuSOравно 0,05 моль или 160•0,05 = 8 г. После электролиза останется 8 г CuSO4.

Уменьшение массы раствора при электролизе происходит за счет осаждения на катоде меди и выделения кислорода на аноде. Масса раствора сульфата меди(II) равна 200•1,25 = 250 г. Согласно реакции (1) 2 моль CuSO4 2 моль Cu 1моль О2 или 10 г CuSO4 4 г Cu 1 г О2, т.е. при разложении 10 г сульфата меди(II) масса раствора уменьшится на 5 г. Для уменьшения массы раствора на 4 г следует подвергнуть электролизу 10•4/5 = 8 г CuSO4.

Общая масса сульфата меди(II) в растворе составит 8 + 8 = 16 г.

Поэтому (СuSO4) = 16•100/250 = 6,4 %.

П р и м е р 143* Хром, полученный при электролизе раствора нитрата хрома(III) обработали соляной кислотой, после чего раствор оставили на воздухе. Затем к этому раствору постепенно прилили раствор NaOH до полного растворения выпавшего вначале осадка. При этом израсходовано 114,3 смраствора NaOH с массовой долей 40 % ( = 1,40 г/см3). Напишите уравнения реакций и рассчитайте массу выделенного на катоде хрома. Определите объем (н.у.) выделившего газа на аноде.

Решение электролиз 4Cr 1) 4Cr(NO3)3 + 6H2O + 3O2 +12HNO2) Cr + 2HCl = CrCl2 + H3) 4CrCl2 + O2 + 4HCl = 4CrCl3 + 2H4) 3NaOH + CrCl3 = Cr(OH)3 + 3NaCl 5) Cr(OH)3 + NaOH = Na[Cr(OH)4] 6) 4Cr + 12HСl + 3O2 = 4CrCl3 + 6H2O 7) CrCl3 + 4NaOH + = Na[Cr(OH)4] + 3NaCl M(NaOH) = 40 г/моль; M(Cr) = 52 г/моль.

Количество NaOH в растворе составит 114,3•1,4•0,4/40 = 1,6 моль. Из уравнений реакций (6, 7) следует, что 1 моль Cr 1 моль CrCl3 4 моль NaOH, т.е. в реакцию с 1,6 моль NaOH вступает 1,6/моль хрома или 0,4•52 = = 20,8 г. Следовательно, на катоде выделится 20,8 г хрома. Количество кислорода определяем из уравнения реакции (1): оно равно 0,3 моль или 0,3•22,4 = = 6,72 дмкислорода.

П р и м е р 144* Электролиз 400 г раствора нитрата серебра ( = 8,5 %) продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 25 г. Вычислите массовые доли соединений в растворе, полученном после окончания электролиза, и массы веществ, выделившихся на инертных электродах.

Решение Уравнение электролиза водного раствора AgNO3:

1) 4AgNO3 + 2H2O = 4Ag + 4HNO3 + OM(AgNO3) = 170 г/моль; M(Ag) = 108 г/моль; M(HNO3) = 63 г/моль.

(AgNO3) = 400•0,085/170 = 0,2 моль.

При полном электролитическом разложении данного количества соли выделяется 0,2 моль Ag массой 0,2•108 = 21,6 г и 0,05 моль О2 массой 0,05•32 = = 1,6 г. Общее уменьшение массы раствора за счет серебра и кислорода составит 21,6 + 1,6 = 23,2 г.

При электролизе образовавшегося раствора азотной кислоты разлагается вода:

2) 2Н2О = 2Н2 + О2.

Потеря массы раствора за счет электролиза воды составляет 25 - 23,2 = 1,8 г. Количество разложившейся воды равно 1,8/18 = 0,1 моль. На электродах выделилось 0,1 моль Н2 массой 0,1•2 = 0,2 г и 0,1/2 = 0,05 моль О2 массой 0,05•32 = = 1,6 г. Общая масса кислорода, выделившегося на аноде в двух процессах, равна 1,6 + 1,6 = 3,2 г.

В оставшемся растворе содержится азотная кислота в количестве 0,2 моль или 0,2•63 = 12,6 г.

Масса раствора после окончания электролиза равна 400 - 25 = 375 г. Массовая доля азотной кислоты:

(HNO3) = 12,6/375 = = 0,0336 г или 3,36 %.

Задачи 562 В какой последовательности будут восстанавливаться катионы при электролизе водного раствора, содержащего ионы Cr3+, Pb2+, Hg2+, Mn2+, если молярная концентрация соответствующих им солей одинакова, а напряжение на катодах достаточно для восстановления каждого из них 563 Напишите уравнения реакций катодного и анодного процессов, протекающих на графитовых электродах при электролизе водных растворов: а) нитрата свинца(II); б) серной кислоты.

564 В каких случаях при электролизе водных растворов солей: а) на катоде выделяется водород; б) на аноде выделяется кислород; в) состав электролита не изменяется 565 При электролизе водных растворов каких солей на катоде происходит: а) восстановление только катионов металлов; б) одновременное восстановление катионов металла и воды; в) восстановление только воды 566 Вычислите массу водорода и кислорода, образующихся при прохождении тока силой 3 А в течение 1 ч через раствор NaNO3.

567 Определите массу выделившегося железа при прохождении тока силой 1,5 А в течение 1 ч через растворы сульфата железа(II) и хлорида железа(III) (электроды инертные).

568 При прохождении через раствор электролита тока силой 0,5 А за 1 ч выделяется 0,55 г металла. Определите эквивалентную массу металла.

569 Напишите электронные уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе растворов: а) CuSO4 с медным анодом; б) NiSO4 с никелиевым анодом; в) AgNO3 с серебряным анодом.

570 В течение какого времени необходимо пропускать ток силой 1 А при электролизе водного раствора сульфата хрома(III), чтобы масса катода возросла на 10 г Какой объем (н.у.) кислорода выделился на аноде 571 Электролиз водного раствора хлорида никеля(II), содержащего соль массой 129,7 г проводили при токе силой 5 А в течение 5,36 ч. Сколько хлорида никеля(II) осталось в растворе и какой объем хлора (н.у.) выделился на аноде 572 При электролизе водного раствора нитрата серебра в течение 50 мин при токе силой 3А на катоде выделилось серебро массой 9,6 г. Определите выход по току (, %).

573 При электролизе водного раствора нитрата никеля(II) ( = 50 %) массой 113,30 г на катоде выделился металл массой 14,75 г. Определите объем газа (н.у.), выделившегося на аноде и массу оставшегося нитрата никеля(II) после электролиза.

574 После электролиза водного раствора хлорида натрия получили раствор, в котором содержится NaOH массой 20 г. Газ, выделившийся на аноде, полностью прореагировал с раствором иодида калия массой 332 г. Определите содержание иодида калия (, %) в растворе.

575 При электролизе водного раствора хлорида калия на катоде выделился водород объемом 13,дм3 (н.у.). Газ, выделившийся на аноде, полностью окислил раскаленную медную проволоку массой 38,4 г. Определите мольную массу меди.

576 Электролиз водного раствора сульфата калия проводили при токе силой 5 А в течение 3 ч.

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 577 При электролизе водных растворов сульфата магния и хлорида меди(II), соединенных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделился водород массой 0,25 г. Вычислите массу веществ, выделившихся на других электродах.

578 Какая масса серной кислоты, образуется в анодном пространстве при электролизе водного раствора сульфата натрия, если на аноде выделился кислород объемом 1,12 дм3 (н.у.) Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде.

579 Электролиз водного раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, при этом на аноде выделился кислород объемом 6 дм3 (н.у.). Вычислите силу тока (электроды инертные).

580 Электролиз водного раствора нитрата серебра проводили при токе силой 2А в течение 4 ч.

Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на инертных электродах. Какая масса металла выделилась на катоде и каков объем газа (н.у.), выделившегося на аноде 581 Электролиз водного раствора сульфата некоторого металла проводили при токе силой 6 А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделился металл массой 5,49 г. Вычислите эквивалентную массу металла.

582 Как изменится масса серебряного анода, если электролиз водного раствора нитрата серебра проводили при токе силой 2 А в течение 33 мин 20 с Составьте электронные уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раствора нитрата серебра.

583 Электролиз водного раствора иодида натрия проводили при токе силой 6 А в течение 2,5 ч.

Pages:     | 1 |   ...   | 16 | 17 || 19 | 20 |   ...   | 26 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.