Материал: 1594
5. Электролиз расплава хлорида натрия.
|
NaCl ↔ Na+ + Cl–: |
|
Катодный процесс (–) |
|
Анодный процесс (+) |
С |
|
2Cl– – 2ē → Cl20↑. |
Na+ + ē → Na0. |
|
|
В пр ведённом примере первичными продуктами электролиза |
||
и |
|
|
являются газ – хлор металл – натрий. Вторичных продуктов нет. |
||
6. Электрол з расплава сульфата натрия. |
||
|
Na2SO4 ↔ 2Na+ + SО42–: |
|
бА |
||
Катодный процесс (–) |
|
Анодный процесс (+) |
Na+ + ē → Na0. |
|
2SО42–– 4ē → O2↑ + 2SО3. |
В данном случае о разуются 3 первичных продукта [натрий, кислород и оксид серы (VI)], вторичных продуктов нет.
7. Примером применения электролиза раствора с растворимым анодом служит рафинирование металлов, т.е. очистка их от примесей. При рафинировании меди с примесями Zn, Sn, Ag электролитом служит раствор соли меди, анодом – медь, загрязненная примесями, катодом – графит или пластинка из чистой меди. Прилагаемое из внешнего источника напряжение не превышает стандартный электродный
потенциал меди ( 0,4 В). |
|
И |
|
2+ |
– |
||
CuCl2 ↔ДCu + 2Cl : |
|||
Катодный процесс (–) |
Анодный процесс (+) |
||
Cu2+ + 2ē → Cu0. |
|
Zn0 |
– 2ē → Zn2+; |
|
|
Sn0 |
– 2ē → Sn2+; |
|
|
Cu0 |
– 2ē → Cu2+. |
56
Медь растворяется и окисляется на аноде и восстанавливается и осаждается на катоде. Для растворения серебра величина используемого напряжения недостаточна, поэтому оно в нейтральном состоянии остается на дне электролизера в виде рыхлого осадка (в шламе).
Методом электролиза производится покрытие одного металла другим (гальваностегия) и наносятся металлические покрытия на неметаллические полупроводниковые подложки (гальванопластика).
Кол чество веществ, образующихся при электролизе на электродах,
можно |
рассч тать, |
пользуясь |
двумя |
законами |
электролиза, |
установленными Фарадеем в 1833 г.: |
|
|
|
||
1) |
кол чество |
вещества, |
испытавшего электрохимические |
||
С |
|
|
|
|
|
превращен я на электроде, прямо пропорционально количеству |
|||||
прошедшего электр чества; |
|
|
|
||
2) |
массы прореаг ровавших на электродах веществ при постоянном |
||||
эквивалентов |
|
|
|
||
|
бА |
|
|||
количестве электр чества относятся друг к другу как молярные массы их
.
Для расчета массы вещества m, выделившейся на электроде,
используют математ ческое выражение обобщенного закона Фарадея
= |
Э ∙ ∙ |
= |
∙ ∙ = К∙ ∙ , |
|
где mЭ – молярная масса эквивалента∙ |
(эквивалентная масса вещества); |
|||
F– постоянная Фарадея, равная |
96 500 Кл/моль; I – сила тока, А; t – время |
|||
проведения электролиза, |
с; М – |
молярная масса вещества, г/моль; |
||
Для расчета объема газа V, выделившегосяДна электроде, используют видоизмененное уравнение закона Фарадея
n – число отданных или принятых электронов; К – электрохимический
эквивалент вещества. И
V = VЭ ∙ ∙ ,
где VЭ – молярный объем эквивалента газа.
Практический расход тока при электролизе вследствие протекания побочных процессов (взаимодействие полученных веществ с электродом или электролитом) меньше его количества, рассчитанного согласно закону Фарадея. Следовательно, практическая масса полученных веществ отличается от теоретически рассчитанной. Отношение массы практически
57
полученного вещества к теоретически рассчитанной массе, выраженное в процентах, называется выходом вещества по току η.
тт((теоретпракт)) 100%.
Примеры решения типовых задач
Пр мер 1. Сколько граммов меди выделится на катоде при
электрол зе раствора CuSO4 |
в течение 1 ч при силе тока 4 А? |
||||
СРешен е. Молярная масса эквивалента меди в CuSO4 равна |
|||||
63,54/2 = 31,77 г/моль, время электролиза t=6060=3600 с.Тогда |
|||||
и31,77∙4∙3600 |
|
||||
= |
|
|
|
|
= 4,74г. |
Пр мер 2. Сколько |
времени надо проводить электролиз при силе |
||||
|
|
96 500 |
|
|
|
тока 8 А, чтобы из раствора AgNO3 |
выделить 5,3935 г серебра? |
||||
Решение. Известно, что эквивалентная масса серебра mЭ(Ag) равна |
|||||
107,87 г/моль, поэтому из закона Фарадея следует, что |
|
||||
бА5,3935∙96 500 |
. |
||||
= |
|
|
= 603 с = 10 мин3 с |
|
|
Пример 3. Вычислить107,87∙8 эквивалент металла, зная, что при |
|||||
электролизе раствора хлорида этого металла затрачено 3880 Кл |
|||||
электричества и на катоде выделяется 11,742 г металла. |
|
||||
Решение. Известно, что количествоДзатраченного электричества |
|||||
Q = I·t = 3880 Кл. Тогда из закона Фарадея следует, что |
|||||
|
|
11,742∙96 500 |
И |
||
Э = |
3880 |
|
= 29,35г/моль. |
|
|
Пример 4. На сколько граммов уменьшится масса серебряного анода, если электролиз раствора AgNO3 проводить при силе тока 2 А в течение 33 мин 20 с?
58
Решение. Известно, что эквивалентная масса серебра mЭ(Ag) равна 107,87 г/моль, 33 мин 20 с составляет 33 60 + 20 = 2000 с. Тогда из закона Фарадея следует, что
С |
= |
107,87∙2∙2000 |
|
= 4,47г. |
||
|
|
96 500 |
|
|
||
Пр мер 5. |
Чему равна |
|
при электролизе раствора в |
|||
|
|
|
|
сила тока |
||
течение 1 ч 40 м н 25 с, если на катоде выделилось 1,4 дм3 водорода,
эквивалента |
|
|
|
измеренного при нормальных условиях? |
|||
Решен е. Из закона Фарадея следует, что |
|||
|
|
V ∙ |
|
|
= |
VЭ ∙ |
. |
объем= 1,4∙96 500 = 2 , |
|||
Молярный |
|
водорода при нормальных условиях |
|
равен 22,4/2 = 11,2 дм3. |
|
|
|
где 6025 с составляет 1 ч 40 |
11,2∙6025 |
||
Амин 25 с. |
|||
=5,6 дм3. Следовательно, 11,2 дмД3 занимают 2 эквивалента кислорода. Столько же, т.е. 2 эквивалента, КОН образовалосьИу катода или 56,11·2 =
=112,22 г (56,11 г – тЭ(КОН)).
Цель работы: изучить влияние активности металлов на процесс электролиза водных растворов солей.
Порядок выполнения работы. Клеммы «+», «-» выпрямителя соедините соответственно с клеммами стенда с надписью «Вход»
59
длинными проводами. Короткими проводами соедините клеммы с надписью «Выход» с электродами, закрепленными в крышке. В химический стакан налейте соответствующий электролит, закройте крышкой с электродами. Для измерения силы тока по амперметру переведите рычаг на стенде в максимальное положение. Угольные
Сэлектроды, бывшие в употреблении, тщательно зачистите наждачной бумагой.
Опыт 1. Электролиз водного раствора сульфата натрия с
соединенныеинертным анодом.
Опуст те в стакан с раствором сульфата натрия угольные электроды, с клеммами стенда. Что наблюдается на аноде и катоде? В катодное пространство капните несколько капель фенолфталеина. Как
изменилась окраскабАраствора? Наличие какой среды подтверждает окраска
фенолфтале на? В анодное пространство капните несколько капель лакмуса. Как змен лась окраска раствора? Наличие какой среды подтверждает окраска лакмуса? Напишите уравнение реакций катодного и анодного процессов, протекающих при электролизе водного раствора сульфата натрия. Какой газ выделяется на катоде, аноде?
Опыт 2. Электролиз водного раствора сульфата цинка с
инертным анодом.
Опустите в стакан с раствором сульфата цинка угольные электроды, соединенные с клеммами стенда. Что наблюдается на аноде и катоде? В анодное пространство капните несколько капель лакмуса. В какой цвет окрашивается раствор в анодном пространстве? почему? Какой газ
выделяется на аноде и катоде? |
И |
Опыт 3. Электролиз раствораДсульфата меди с активным
анодом.
В стакан с водным раствором сульфата меди опустите угольный и медный электроды, соединенные с клеммами стенда. Какие процессы осуществляются на катоде и аноде? Напишите уравнения реакций. Выньте электроды и поменяйте их местами: медный электрод сделайте катодом, а угольный с имеющимся налетом меди – анодом. Какие процессы осуществляются на аноде и катоде? Напишите уравнения реакций. Какой газ выделяется на графитовом аноде после исчезновения медного налета?
60