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.
Галогены. Задания из второй части ЕГЭ 2021 по Химии с объяснениями.
Задание 1:
Газ, выделившийся при взаимодействии хлороводородной кислоты с перманганатом калия, реагирует с железом. Продукт реакции растворили в воде и добавили к нему сульфид натрия. Более легкое из образовавшихся нерастворимых веществ отделили и ввели в реакцию с горячей концентрированной азотной кислотой. Составьте уравнения четырех описанных реакций.
Решение:
Первая реакция — хлороводородная (соляная) кислота реагирует с перманганатом калия:
16HCl + 2KMnO4 = 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O — в результате выделяется тот газ (хлор), который нужен для следующей реакции.
Вторая реакция — идет между хлором и железом (хлор окисляет железо до степени окисления +3):
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 .
Следующий этап — хлорид железа растворили ( FeCl3 хорошо растворяется в воде (92 г/ 100 мл) , и добавили к нему сульфид натрия
Это не ионно-обменная реакция, а ОВР, так как хлорид Fe (III) является сильным окислителем:
2FeCl3 + 3Na2S = S↓ + 2FeS + 6NaCl — эффектом реакции является выделение желтого осадка в виде чистой серы, которую возьмут для взаимодействия с горячей азотной кислотой.
Последняя реакция в этом блоке — сера плюс концентрированная HNO3:
S + HNO3 (конц.,гор.) = H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O
Задание 2:
Раствор хлорида железа (III) подвергли электролизу с графитовыми электродами. Осадок бурого цвета, образовавшийся в качестве побочного продукта электролиза, отфильтровали и прокалили. Вещество, образовавшееся на катоде, растворили в концентрированной азотной кислоте при нагревании. Продукт, выделившийся на аноде, пропустили через холодный раствор гидроксида калия. Составьте уравнения четырех описанных реакций.
Решение:
Первая реакция в списке — это электролиз водного раствора хлорида железа; на катоде выделяется Fe и H2; на аноде — Cl2 .
4FeCl3 +6H2O = 2Fe + 3H2 + 6Cl2 + 2Fe(OH)3 ↓
Вторая реакция — взяли бурый осадок из предыдущей реакции электролиза и прокалили; это процесс разложения нерастворимого основания гидроксида железа (III):
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
Следующая реакция проходит между веществом, которое образовалось на катоде и растворили его в концентрированной азотной кислоте; естественно, речь идет о железе:
Fe + 6HNO3 (конц.) = Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
Последняя реакция — продукт, который выделился на аноде пропустили через холодную щелочь (это важное дополнение, так как с горячей образуются другие продукты реакции); это взаимодействие хлора с KOH:
Cl2 + 2KOH = KClO + KCl + H2O — данный тип ОВР называется диспропорционированием (один и тот же элемент и окисляется, и восстанавливается).
Задание 3:
Йод обработали концентрированной азотной кислотой при нагревании. Раствор осторожно выпарили и остаток нагрели, получив оксид, который взаимодействует с угарным газом с образованием двух веществ — простого и сложного. Образовавшееся при этом простое вещество растворили в теплом растворе гидроксида калия. Составьте уравнения четырех описанных реакций.
Решение:
Первая реакция — йод и азотная кислота, достаточно простая реакция с образованием йодноватой кислоты, газа с оттенком «лисьего хвоста» и воды:
I2 + 10HNO3 = 2HIO3 + 10NO2↑ + 4H2O (t)
Следующий этап — выпарили раствор, и остаток нагрели; это касается разложения йодноватой кислоты:
2HIO3 = I2O5 + H2O (t)
Третья реакция — полученный в предыдущей реакции оксид пропустили через угарный газ:
I2O5 + 5CO = I2 + 5CO2 — как и сказано в условии, получаем одно простое и одно сложное вещества.
Последняя реакция из списка — простое вещество ( I2 ) растворили в теплом растворе щелочи (KOH):
I2 + 6KOH = 5KI + KIO3 +3H2O.
Задание 4:
Оксид железа (III) сплавили с поташом. Полученный продукт добавили в воду. Образовавшийся осадок отделили и растворили в йодоводородной кислоте. Выделившееся простое вещество реагирует с тиосульфатом натрия. Напишите уравнения четырех описанных реакций.
Решение:
Первая реакция может вызвать сложности из — за незнания тривиального названия «поташ«, который представляет собой карбонат калия:
Fe2O3 + K2CO3 = 2KFeO2 + CO2↑ — это непростая реакция сплавления, которую надо запомнить.
Следующая реакция — добавление к полученному продукту воды:
KFeO2 + 2H2O = KOH + Fe(OH)3↓
Третья реакция — осадок в виде гидроксида железа (III) растворили в йодоводородной кислоте, в результате выделяется чистый йод:
2Fe(OH)3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 6H2O
Последний этап — взаимодействие йода с тиосульфатом натрия с образованием йодида натрия и тетратионата натрия:
I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6 .
Задание 5:
Кремний сожгли в атмосфере хлора. Продукт реакции обработали водой. Выделившийся осадок отделили, прокалили и обработали плавиковой кислотой. Напишите уравнения четырех описанных реакций.
Решение:
Первый этап — сожгли кремний в атмосфере хлора, эта реакция представляет взаимодействие двух простых веществ:
Si + 2Cl2 = SiCl4
Следующая реакция — тетрахлорсилан ( SiCl4 ) обработали водой:
SiCl4 + 3H2O = H2SiO3 + 4HCl — эффектом этой реакции является выпадение бесцветного студенистого осадка кремниевой кислоты.
Третья реакция — разложение кремниевой кислоты:
H2SiO3 = SiO2 + H2O
Четвертая реакция — взаимодействие кремнезема с плавиковой кислотой:
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O — эта реакция объясняет, почему плавиковую кислоту не хранят в стеклянной посуде (HF реагирует с диоксидом кремния, соответственно, разъедает стекло).
Задание 6:
В раствор гидроксида натрия внесли оксид хрома (VI). Раствор выпарили, твердый остаток обработали серной кислотой и из полученного раствора при охлаждении выделили соль оранжевого цвета. При растворении соли в бромоводородной кислоте образуется простое вещество, которое может взаимодействовать с сероводородом. Напишите уравнения четырех описанных реакций.
Решение:
Первая реакция — оксид хрома ( VI ), который является кислотным оксидом, прореагирует с щелочью:
CrO3 + 2NaOH = Na2CrO4 + H2O — эффектом этой реакции является образование вещества желтого цвета — хромата натрия.
Далее нужно написать взаимодействие хромата натрия с серной кислотой — это необычная ионно-обменная реакция, которую нужно запомнить:
2Na2CrO4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O — цвет раствора изменился с желтого на оранжевый (это цвет дихромата натрия).
Третья реакция — взаимодействие Na2Cr2O7 с бромоводородной кислотой:
Na2Cr2O7 + 14HBr = 2NaBr + 2CrBr3 + 3Br2 + 7H2O
Четвертая реакция — выделили простое вещество, который прореагировал с сероводородом (бром замещает серу):
Br2 + H2S = 2HBr + S.
Задание 7:
Раствор, полученный при пропускании сернистого газа через бромную воду, нейтрализовали гидроксидом бария. Выпавший осадок отделили, смешали с коксом и прокалили. При обработке продукта прокаливания хлороводородной кислотой выделяется газ с запахом тухлых яиц. Составьте уравнения четырех описанных реакций.
Решение:
Первая реакция — сернистый газ реагирует с бромной водой, поэтому надо добавить воду:
SO2 + Br2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBr
Вторая и третья реакции представляют собой нейтрализацию полученного раствора (серная кислота и бромоводородная кислота):
H2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4↓ + 2H2O
2HBr + Ba(OH)2 = BaBr2 + 2H2O
Четвертая реакция — осадок реагирует с коксом при прокаливании; это взаимодействие с углеродом:
BaSO4 + 4C = BaS + 4CO↑
Последняя реакция — продукт прокаливания обработали HCl и выделился газ с запахом тухлых яиц (это сероводород):
BaS + 2HCl = BaCl2 + H2S↑.
раствор хлорида железа 3 подвергли электролизу с графитовыми электродами. Осадок коричневого
Раствор хлорида железа 3 подвергли электролизу с графитовыми электродами. Осадок коричневого цвета, образовавшийся в качестве побочного продукта электролиза, отфильтровали и прокалили.Вещество образовавшееся на катоде, растворили к в концентрированной азотной кислоте при нагревании. Продукт, выделившийся на аноде, пропустили через прохладный раствор гидроксида калия. Напишите уравнения обрисованных реакций
- Светлана Сурбанова
- Химия 2018-12-30 23:11:15 2 1
Fe(3+) +3e=Fe 2Cl(-)-2e=Cl2
2Fe(3+) + 6Cl(-) = 2Fe+ 3Cl2
2FeCl3=2Fe+3Cl2
2) 2H2O+2e=H2+2OH(-) -1
6H2O+6Cl(-) +2Fe(3+)=3H2+6OH(-) +2Fe(3+)+3Cl2
2FeCl3+6H2O=2Fe(OH)3+3H2+3Cl2
http://pangenes.ru/post/galogeny-zadaniya-iz-vtoroy-chasti-ege-2021-po-himii-s-obyasneniyami.html
http://obrazovalka.com/qa/ximiya/732932-rastvor-hlorida-zheleza-3-podvergli-jelektrolizu-s-grafitovymi-jelektrodami-osadok-korichnevogo.html