Электролиз cd no3 2 уравнение

Составление схем электродных процессов на электродах при электролизе солей

Электролиз водного раствора соли хлорида железа (ⅠⅠ)

Задача 152.
Составьте схему электролиза водного раствора FeCl₂. Вычислите время, в течение которого должен быть пропущен ток силой I A через раствор, чтобы на катоде выделилось m (г) металла.(восстановление воды не учитывать)
Раствор FeCl₂ , катод-угольный, анод-угольный. I = 4 А , m = 2.9 г
Решение:
Е(Fe 2+ /Fe) = 0,44 В;
M(FeCl₂) = 126,751 г/моль
Э(FeCl₂) = 63,3755 г/?моль.
В водном растворе соль FeCl₂ диссоциирует по схеме: FeCl₂ = Fe 2+ + 2Cl – . Стандартный электродный потенциал системы
Fe 2+ + 2электрона = Fe 0 (-0,44 В) незначительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов Fe 2+ и Н₂О:

Fe 2+ + 2ē = Fe 0
2Н₂О + 2ē = Н₂ + 2ОН –

На аноде будет происходить электролитическое окисление ионов хлора с образованием свободных атомов хлора, которые, соединяясь друг с другом, образуют молекулу хлора:

2Cl – — 2ē = 2Cl*
Cl* + Cl* = Cl₂

Сложим уравнение катодного и анодного процессов, получим суммарное ионно-молекулярное уравнение:

Fe 2+ + 2Н₂О + 2Cl – = 2Fe 0 + Н₂↑ + 2ОН – + Cl₂↑

На аноде ионы Fe 2+ соединяются с двумя ионами ОН – , образуя нерастворимый гидроксид железа (ⅠⅠ) Fe(OH)₂:

Тогда молекулярная форма процесса будет иметь вид:

При гидролизе FeCl₂ в водном растворе с инертными электродами образуются металлическое железо, и выделяются газообразный водород и хлор. На катоде будет выделяться металлическое железо и газообразный водород, а на аноде — хлор.
Рассчитаем время электролиза FeCl₂, получим:

m = (Э . I . t)/F;
t = (m . F)/(Э . I) = (2,9 . 96500)/(63,3755 . 4) = 48250/324,96 = 1104 c.

Электролиз водного раствора нитрата кадмия

Задача 153.
Электролиз раствора нитрата кадмия с графитовыми электродами и кадмиевым анодом. Опишите электродные процессы на электродах.
Решение:
В водном растворе соль нитрата кадмия диссоциирует по схеме:

1. Электролиз раствор нитрата кадмия с графитовыми электродами

Стандартный электродный потенциал системы Cd 2+ + 2ē = Cd0 (-0,402 В) незначительно отличается от потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, поэтому на катоде протекают одновременно две реакции – образование водорода и выделение кадмия:

Уравнение электролиза будет иметь вид:

2Cd 2+ + 2Н2О = 2Cd 0 + H₂↑ + O₂↑ + 4Н +

Таким образом, в катодном пространстве будут разряжаться ионы кадмия и молекулы воды при этом на графитовом электроде откладываеся металлический кадмий и выделяется газообразный водород, а в анодном пространстве будет у графитового электрода будет выделяться газообразный водород и будут накапливаться ионы NO₃ – и H + . Среда у анода в процессе электролиза Cd(NO₃)₂ становится кислой.

Суммарная реакция электролиза в молекулярной форме:

2. Электролиз раствора нитрата кадмия с кадмиевым анодом

Так как кадмиевый анод растворим в условиях электролиза соли Cd(NO₃)_2, то на аноде происходит окисление материала анода. Поэтому при электролизе Cd(NO₃)₂ с использованием кадмиевого анода на катоде будет выделяться чистый кадмий и водород, а на аноде ионы кадмия не будут разряжаться, и, следовательно, выделение кислорода не наблюдается. В данном случае происходит растворение самого кадмиевого анода, т.е. с анода кадмий в виде ионов Cd 2+ переходит в раствор.

Электродные процессы на электродах:

1|Катод(-): Cd 2+ + 2ē = Cd 0 ;
2H₂O + 2ē = H₂↑ + 2OH – ;
2|Анод(+): Сd 0 – 2ē = Cd 2+

Уравнение электролиза в ионно-молекулярном виде:

Сd 2+ + 2H₂O + 2Cd 0 = Cd 0 + 2Cd 2+ + H₂↑ + 2OH –

После приведения членов в обеих частях равенства получим:

Ионы кадмия Cd 2+ у анода будут соединяться с ионами ОН-, образуя малорастворимое основание Cd(OH)₂:

Суммарная реакция электролиза в молекулярной форме:

Электролиз водного раствора соли хлорида меди (Ⅰ)

Задача 154.
Составить схему электролиза соли CuCl. Рассчитать массу меди, выделившейся при электролизе соли CuCl, если в течении 40 минут пропущен ток силой 3 А.
Решение:
Mэ(CuCl) = 98,999 г/моль;
I = 3 A;
t = 40 мин = 2400 с.

1. Электродные процессы

Медь находятся в ряду активности металлов «после водорода», значит на катоде будет протекать реакция восстановления только меди:

Стандартный электродный потенциал системы Cu + + 1ē = Cu 0 (+0,52 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов меди:

Так как стандартный электродный потенциал системы 2H₂O — 4ē = O₂↑ + 4OH – и 2Cl – + 2ē = Cl₂, соответственно, равны 1,23В и 1,36 B, то на
аноде будет: 2Cl – + 2ē = Cl₂.

Схема электролиза соли CuCl с использованием графитовых электродов:

2|Катод: Cu + + 1ē = Cu 0
1|Анод: 2Cl – + 2ē = Cl₂.

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

2Cu + + 2Cl – = 2Cu 0 + Cl₂
катод анод

Таким образом, при электролизе водного раствора CuCl с использованием графитовых электродов на катоде выделяется металлическая медь, а на аноде — газзобразный хлор.

2. Вычисление количества полученной меди

Для вычисления массы меди используем выражение из первого закона электролиза Фарадея:

m(B) = [M(Э)•I•t]/F = M(Э)•q, где

m(B) — масса выделяемого веществав; M(Э) — электрохимический эквивалент (молярная масса эквивыалента вещества); I – сила тока; t – время; F — число Фарадея (96500 Кл/моль); q — количество электричества.
Тогда
m(CuCl) = [Mэ(CuCl)•I•t]/F = (98,999•3•2400)/96500 = 7,4 г.

Ответ: m(CuCl) = 7,4 г.

Примеры составления условий задач и их решения. Разобрать процессы, протекающие у электродов при электролизе водных растворов: Na2SO4, Cd(NO3)2, KBr

Задача 472

Разобрать процессы, протекающие у электродов при электролизе водных растворов: Na₂SO₄, Cd(NO₃)₂, KBr, CuCl₂; для каждого из них составить общее уравнение реакции.

Вода может быть как окислителем, так и восстановителем, поэтому при электролизе водных растворов у электродов могут восстанавливаться и окислиться не ионы электролита, а вода. Это зависит от сравнительной величины окислительно-восстановительных потенциалов воды и ионов электролита.

I. Электролиз водного раствора Na₂SO₄.

Стандартный электродный потенциал системы

В

значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной водной среде

В.

Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода:

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 – 4e → O₂ + 4H + ; В,

поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал, характеризующий систему: 2SO₄ 2– – 2e = S₂O₈ 2– , В.

Ионы SO₄ 2– , 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:

у катода у анода

Приняв во внимание, что одновременно происходит накопление ионов Na + в катодном пространстве и ионов SO₄ 2– в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей форме:

у катода у анода

Таким образом, одновременно с выделением водорода и кислорода образуется гидроксид натрия (в катодном пространстве) и серная кислота (в анодном пространстве).

В случае, когда растворы катодного и анодного пространств перемешиваются, образующиеся в результате электролиза щелочь и кислота нейтрализуются и дают вновь соль (Na₂SO₄):

В итоге электролиз сводится к электрохимическому разложению воды:

2. Электролиз водного раствора Cd(NO₃)₂.

При электролизе водных растворов солей цинка, железа, кадмия и некоторых других металлов, стоящих в ряду напряжения, хотя и левее водорода, но близко к нему, на катоде выделяются эти металлы. Объясняется это тем, что процесс разрядки ионов Н + осложняется адсорбцией атомов и молекул водорода на поверхности электродов. Для того чтобы десорбировать водород и получить его в газообразном состоянии, необходимо приложить избыточную э.д.с. Увеличение э.д.с. приводит к тому, что на катоде происходит выделение металла, стоящего в ряду напряжения левее водорода:

Cd 2+ + 2e ↔ Cd, В.

Нитрат-ионы скапливаются вблизи анода, но окислению легче подвергается вода:

2H₂O – 4e → O₂ + 4H + , В.

В целом процесс выражается уравнением

у катода у анода

При электролезе солей, состоящих из ионов малоактивных металлов (стоящих в ряду напряжения после водорода) и кислородсодержащих анионов, также набдюдается выделение металла на катоде. На аноде выделяется кислород в результате окисления воды с изменением pH среды за счет вторичного процесса – образования кислоты.

3. Электролиз водного раствора КВr.

Ионы калия обладают меньшей окислительной способностью, чем вода. Поэтому на катоде происходит восстановление воды, а на аноде – окисление брома, которые обладают большей восстановительной способностью, чем вода.

катод K + , HOH; 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH – в-е, о-ль PH > 7

анод Br – , HOH; 2Br – – 2e = Br₂ о-е, в-ль

катионы активного металла калия, которые не восстанавливаются на катоде, накап- ливаются в прикатодном пространстве.

В целом процесс выражается уравнением

4. Электролиз водного раствора СuCl₂.

В растворе хлорид меди (II) диссоциирует на ионы:

Значение стандартного электродного потенциала меди (0,34 В) положительно, следовательно, ионы меди(II) будут легко восстанавливаться в водных растворах: катод (-) Сu 2+ + 2e ® Сu .

Хлорид -анионы, как и многие анионы бескислородных кислот, окисляются в водных растворах: анод (+) 2 СI – -2e® С1₂

Суммарное уравнение процесса:

1 2 Cl – – 2e ® Cl₂ o-e, в-ль; В

1 Cu 2+ + 2е ® Cu в-е, о-ль; В

Задача 503

Вычислить массу серебра, выделившуюся на катоде при пропускании тока силой 6А через раствор нитрата серебра в течение 30 мин.

Соотношения между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, выделившегося при электролизе, были открыты английским физиком М. Фарадеем в 30-х годах XIX века.

Первый закон. Количества веществ, превращенных при электролизе, пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит.

Второй закон. При прохождении одного и того же количества электричества через различные электролиты количества различных веществ, испытывающие превращение у электродов, пропорциональны химическим эквивалентам этих веществ.

Для выделения или превращения с помощью тока 1г-экв любого вещества необходимо всегда одно и то же количество электричества, называемое числом Фарадея.

Выразим законы Фарадея общим уравнением:

,

где m – масса продукта электролиза, г; I – сила тока, А; t – время, с; F – число Фарадея – 96500 к/г-экв; Э – химический эквивалент, г/г-экв.

Вычисляем массу, выделившуюся на катоде, серебра:

г.

Задача 509

Найти объем кислорода (условия нормальные), который выделится при пропускании тока силой 6А в течение 30 мин через водный раствор KOH.

При вычислении объемов выделившихся газов представим уравнение Фарадея в следующей форме:

,

где V – объем выделившегося газа, л; V_э – его эквивалентный объем, л/моль.

Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объем водорода равен 11,2 л/моль, а кислорода — 5,6 л/моль, то получим

л.

Задача 515

При электролизе водного раствора АgNO₃ с нерастворимым анодом в течение 50 мин при силе тока в 3,0 А на катоде выделилось 9,6 г серебра. Вычислить выход по току.

При практическом проведении электролиза действительный расход тока, вследствие протекания тех или иных побочных процессов, обычно превышает количество его, рассчитанное согласно закону Фарадея. Поэтому на практике часто приходится иметь дело с коэффициентом использования тока, или с так называемым выходом по току (η – эта).

Выходом по току называется отношение количества практически выделенного при электролизе вещества к тому количеству его, которое должно было бы выделиться согласно закону Фарадея.

Выход по току находим как ,

Отсюда .

Задача 532

Сколько времени нужно пропускать ток силой 2,0 А через раствор сульфата никеля, чтобы покрыть металлическую пластинку 200 см 2 слоем никеля, толщиной 0,01 мм, если плотность никеля 8,9 г/см 3 . Выход по току составляет 90 %.

Объем покрытия V=S×h = 200× 0,001= 0.2 см 3

Масса будет равна m_факт = V × r = 0,2 ×8,9 = 1,78 г.

Эквивалентная масса никеля Э = 29,345 г/моль.

относительно t и подставляя в него числовые значения, находим

= 3251 с = 54,19 мин.

Итак, при практическом осуществлении электролиза часто наблю­даются кажущиеся отклонения от закона Фарадея. Чаще всего они проявляются при катодном восстановлении электроотрицательных металлов, когда часть электрического тока расходуется на разряд ионов водорода.

Законы электролиза относятся к электролизу растворов, расплавов и твердых электролитов с чисто ионной проводимостью.

Задача 533

Определить толщину слоя металла – Pt ( в миллиметрах), нанесенного на другой металл гальваническим методом. Исходный электролит H₂[PtCl₆]. Площадь поверхности металлической пластинки 250 см 2 , плотность пластины 21,47 г/см 2 . Время электролиза 45 мин, ток силой 0,2 А, выход по току составляет 90%.

Зная выход по току, определяем количество выделенного при электролизе вещества:

г.

Тогда объем покрытия: и толщина слоя: .

При выполнении задания рекомендуется использовать методические указания [6].

В задачах (472–502) разобрать процессы, протекающие у электродов при электролизе водных растворов веществ, для каждого из них составить общее уравнение реакции

В задачах 503–508 вычислить массу вещества, выделившуюся при пропускании тока через раствор в течение времени:

В задачах 509–514 найти объем газа (условия нормальные), который выделится при пропускании тока в течение определенного вре­мени через водный раствор соли

В задачах 515–524 вычислить выход по току при электролизе по следующим данным:

В задачах 525–532 определить время, необходимое для нанесения слоя одного металла на другой гальваническим способом

В задачах 533–540 определить толщину слоя металла (в миллиметрах), нанесенного на другой металл гальваническим методом

Для водного раствора Cd(NO3)2 напишите уравнения процессов, идущих на графитовых электродах при электролизе; рассчитайте, сколько и каких веществ выделится на катоде и аноде, если электролиз вести при силе тока 1 А в течение времени 1,5 час.

👉 Как получить работу? Ответ: Напишите мне в whatsapp и я вышлю вам форму оплаты, после оплаты вышлю решение.

➕ Как снизить цену? Ответ: Соберите как можно больше задач, чем больше тем дешевле, например от 10 задач цена снижается до 50 руб.

➕ Вы можете помочь с разными работами? Ответ: Да! Если вы не нашли готовую работу, я смогу вам помочь в срок 1-3 дня, присылайте работы в whatsapp и я их изучу и помогу вам.

⚡ Условие + 37% решения:

Для водного раствора Cd(NO3)2 напишите уравнения процессов, идущих на графитовых электродах при электролизе; рассчитайте, сколько и каких веществ выделится на катоде и аноде, если электролиз вести при силе тока 1 А в течение времени 1,5 час.

Решение: В водном растворе нитрат кадмия диссоциирует:     3 2 Cd(NO3 ) 2 Cd 2NO Уравнения электродных процессов:      2 2 4 4 2 A: H O e H O K Cd  e Cd  : 2 2 На аноде выделяется кислород, на катоде выделяется металлический кадмий. Согласно закону Фарадея масса вещества, выделившегося на электроде, находится по формуле F M I m экв    где: Mэкв (Ag)  молярная масса эквивалентов вещества, г/моль; I  сила тока, А;  время электролиза, с; F – постоянная Фарадея, моль Кл F  96500

Готовые задачи по химии которые сегодня купили:

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института