Составьте электронные уравнения процессов происходящих угольных электродах

Составление электронных уравнений процессов, происходящих на электродах при электролизе солей

Задание 271.
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора AgNO₃. Если электролиз проводить с серебряным анодом, то его масса уменьшается на 5,4 г. Определите расход электричества при этом. Ответ: 4830 Кл.
Решение:
Процессы, происходящие на угольных электродах при электролизе нитрата серебра:

Стандартный электродный потенциал системы Ag + + = Ag 0 (+0,80 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в кислой среде (0,00 В). В этом случае на катоде будет происходить электрохимическое восстановление меди Ag + :

Ag + + = Ag 0

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

2Н₂О — 2 = О₂↑ + 4Н + ,

поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал, характеризующий систему из кислородной кислоты. Ионы NO₃ — , движущиеся при этом к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.

Расход электричества, необходимый для проведения электролиза находим из уравнения Фарадея, имея в виду, что М_Э(Ag) = 107,868 г/моль, m(Ag) = 5,4 г; Q = I . t, получим:

m(B) = М_Э(B) . I . t/F
Q = I . t = m(B) . F/ МЭ(B). = 5,4 . 96500/107,868 = 4830 Кл;

Здесь m(B) – масса выделившегося вещества, г; МЭ(В) – масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока, А; t – время, с; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

Ответ: Q = 4830 Кл.

Задание 272.
Электролиз раствора СuSO₄ проводили в течение 15 мин при силе тока 2,5 А. Выделилось 0,72 г меди. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах в случае медного и угольного анодов. Вычислите выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной). Ответ: 97,3%.
Решение:
а) Электролиз медного купороса на угольных электродах:
Стандартный электродный потенциал системы Cu 2+ + 2 = Cu 0 (+0,34 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в кислой среде (0,00 В). В этом случае при электролизе соли на угольных электродах, на катоде будет происходить электрохимическое восстановление меди Cu 2+ :

Cu 2+ + 2 = Cu 0

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

2Н₂О — 4 = О₂↑ + 4Н + ,

поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+2,01 В), характеризующий систему: 2SO₄ 2- — 2 = 2S₂O₈ 2- . Ионы SO₄ 2- , движущиеся при этом к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.

б) Электролиз медного купороса в случае медного анода:
При электролизе медного купороса на медном аноде на катоде будет электрохимическое восстановление меди Cu 2+ . На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди, приводящее к выделению в анодное пространство ионов Cu 2+ , поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,34 В) значительно ниже, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему:

2Н₂О — 4 = О₂↑ + 4Н +

т. е. в данном случае при электролизе будет происходить растворение медного анода и отложение меди на катоде. Электрохимические процессы при данном типе электролиза:

Катод: Cu 2+ + 2 = Cu 0 ;
Анод: Cu 0 — 2 = Cu 2+

в) Вычисление выхода меди по току.
Массу теоретического выхода меди вычислим из уравнения Фарадея, имея в виду, что 15 мин = 900 с и М_Э(Cu) = 31,77 г/моль, I = 2,5 A, получим:

m(Cu) = МЭ(В) . I . t/F = 31,77 . 2,5 . 900/96500 = 0,74 г.

Здесь m(B) – масса выделившегося вещества, г; М_Э(В) – масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока, А; t – время, с; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

Выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной) равен:

m% = (0.72 . 100)/0,74 = 97,3%

Ответ: m% = 97,3%.

Задание 273.
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе расплавов и водных растворов NaCl и КОН. Сколько литров (н.у.) газа выделится на аноде при электролизе гидроксида калия, если электролиз проводить в течение 30 мин при силе тока 0,5 А? Ответ: 0,052 л.
Решение:
а) При электролизе расплава соли NaCl происходит диссоциация: NaCl ⇔ Na + + Cl — . Ионы натрия движутся к катоду, где окисляются до металлического натрия:

Na + + = Na 0

Ионы хлора движутся к аноду, где восстанавливаются до газообразного хлора:

2Сl — — 2 = Cl₂ 0

Таким образом, при электролизе расплава NaCl на катоде выделяется металлический натрий, а на аноде – газообразный хлор.
При электролизе раствора соли хлорида натрия в электрохимических процессах кроме ионов натрия и хлора участвует и вода. Стандартный электродный потенциал системы Na + + = Na 0 (-2,71 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы Na+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

2Н₂О + 2 = Н₂↑ + 2ОН —

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов Cl-, приводящее к выделению хлора:

2Сl — — 2 = Сl₂ 0

поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,36 В) значительно ниже, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему

2Н₂О — 4 = О₂↑ + 4Н +

б) КОН — сильный электролит, который диссоциирует по схеме:

При электролизе расплава КОН ионы калия движутся к катоду, где окисляются до свободного калия:

К + + = К 0

Гидроксид-ионы движутся к аноду, где восстанавливаются с образованием газообразного кислорода и воды:

4OH — — 4 = O₂↑ + 2H₂O

Таким образом, при электролизе расплава КОН продуктами электролиза являются металлический калий (у катода) и кислород и вода (у анода).

При электролизе раствора КОН в электрохимических процессах кроме ионов калия и гидроксид-ионов участвует и вода. Стандартный электродный потенциал системы К + + = К 0 (-2,92 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы К + , приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство), образуется гидроксид калия:

2Н₂О + 2 = Н₂↑ + 2ОН —

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов ОН-, приводящее к выделению кислорода:

4ОН — — 4 = О₂↑ + 2Н₂О,

поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,54 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему 2Н₂О — 4 = О₂↑ + 4Н ₊ .

Таким образом, продуктами электролиза раствора КОН являются газообразные водород и кислород, а в растворе – гидроксид калия КОН.

в) Объём выделившегося газа на аноде находим из уравнения Фарадея, которое представим в следующем виде:

V = V_Э . I . t/F

Здесь V – объём выделившегося газа, л; m(B) – масса выделившегося вещества, г; V_Э – эквивалентный объём газа, л/моль; I – сила тока равна 0,5 А; t – время равно 1800 с; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объём кислорода равен 5,6 л/моль, получим:

V(О₂) = (5,6 . 0,5 . 1800)/96500 = 0,6\052 л

Ответ: V(О 2 ) = 0,052 л.

Составьте электронные уравнения процессов происходящих угольных электродах

Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора Na₂SO₄. Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде, если на аноде выделяется 1,12 л газа (н.у.). Какая масса H₂SO₄ образуется при этом возле анода?

Ответ: `m(H_2) = 0.2 г`, `m(H_2SO_4) = 9.8 г`.

Дано:Решение

Электролиз раствора Na₂SO₄ на угольных электродах:

`Na_2SO_4 ⟶ 2Na^(+) + SO_4^(2-)`

`»А: «2H_2O — 4ē ⟶ O_2 + 4H^(+)`

`»К: «2H_2O + 2ē ⟶ H_2 + 2OH^(-)`

Вывод: `2H_2O overset(«электролиз»)(⟶) 2H_2″↑» + O_2″↑»`

`m(H_2) = (M_э(H_2)*V(O_2))/(V_э(O_2)) = (1*1.12)/5.6 = 0.2 г`

`m(H_2SO_4) = (M_э(H_2SO_4)*V(O_2))/(V_э(O_2)) = (49*1.12)/5.6 = 9.8 г`

Составьте электронные уравнения процессов происходящих угольных электродах

Составьте электронные уравнение процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора KOH. Чему равна сила тока, если в течении 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г газа? Сколько литров газа (н.у.) выделится при этом на катоде? (здесь наверно опечатка)

Решение

Реакции на электродах:

Определим силу тока пропускаемого через раствор по закону Фарадея, учитывая, что фактор эквивалентности для K равен единице, а O₂ 1/4.

m = М(1/4 O₂) ? I ? t / 96500 => I = 96500 ? m / М(1/4 O₂) ? t

I = 96500 ? 6,4 / 8 ? 9000 = 8,6 А

Определим количество K 0 на катоде:

m = М(K) ? I ? t / 96500 = 39 ? 8,6 ? 9000 / 96500 = 31,3 г