Катодные процессы в водных растворах

Электрический ряд напряжений металлов
Li, K, Ca, Na, Mg, Al Mn, Zn, Fe Ni, Sn, Pb Н2 Cu, Ag, Pt, Au
2O+ 2e→ Н2+2OHֿ   Меn++nОН-= =Ме(ОН)n-католит   Выделяется Н2 или Ме Men++ne-=Me0  

Характер реакций, протекающих на аноде, зависит от природы аниона и материала анода. Аноды подразделяются на нерастворимые и растворимые.

Нерастворимые аноды изготавливаются из угля, графита, платины, иридия, при электролизе они служат лишь передатчиками электронов. Анионы бескислородных кислот (S2-, I-, Вг-, Сl-) при их достаточной концентрации окисляются довольно долго:

2 Сl--2е→С12

2Вг--2е→Вг2

Если же раствор содержит анионы кислородных кислот (например, SO42-,NO3-, СО22-, РО43-), то на аноде окисляются не эти ионы, а молекулы воды:

2О-4е→О2 + 4Н+

Если растворимые аноды изготавливаются из меди, серебра, цинка, кадмия, никеля, железа (в определенных условиях нерастворимыми становятся и аноды из железа, никеля, свинца), при электролизе они окисляются сами.

Me - ne→ Me n+

Рассмотренные правила сведены в таблицу 2:

Таблица 2.

Анодные процессы в водных растворах

Анод Кислотный остаток Асm-
    Бескислородный Кислородосодержащий
Растворимый окисление металла анода Me0 - ne→Men+ анод раствор
Нерастворимый Окисление анионов кроме фторидов Ас m-- me →Ас0 В щелочной среде: 4ОН--4е→О2+2Н2О В кислой и нейтральной: 2Н2О-4е→О2 + 4Н +
Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке Катодные процессы в водных растворах - student2.ru Катодные процессы в водных растворах - student2.ru J-, Br-, S2- , Сl- , ОН- , SO42- , NO3- , F-

Решение типовых задач

Задача 1. Написать уравнение электролиза раствора KCl, если анод нерастворимый.

Катодные процессы в водных растворах - student2.ru Решение: KCl↔K+ +Cl-

Катод (-) Анод (+)

2H2O+2e↔ H2↑+2OH 2Cl-2e↔Cl2

Суммарное ионное уравнение:

2О + 2С1 → Н2↑ + С12↑ + 2ОН-

Суммарное молекулярное уравнение:

2КС1 + 2Н2О→ 2Н2↑ + С2↑+ 2КОН

Вторичный продукт электролиза

Задача 2. Написать уравнение реакции электролиза водного раствора AgNO3, если

а) анод нерастворимый;

б) анод растворимый, серебряный.

Решение:

а) анод нерастворимый AgNO3↔ Ag + + NO3-

катод(-)…………………………………….анод(+)

Катодные процессы в водных растворах - student2.ru Ag++1e→Ag0 2H2O-4e→O2+4H+

Суммарное уравнение процессов:

4AgNO3 + 2H2O→4Ag + О2+4HNO3

Вторичный продукт электролиза

б) анод растворимый, серебряный

Катодные процессы в водных растворах - student2.ru катод(-) анод(+)

Катодные процессы в водных растворах - student2.ru Ag++1e→Ag Ag0-1e→Ag+

Суммарное уравнение электролиза с растворимым анодом написать нельзя.

Расчет количества веществ, разложенных или образовавшихся в процессе электролиза, производится по закону Фарадея. Теоретически массы веществ, испытавших изменение при электролизе, определяются

Катодные процессы в водных растворах - student2.ru

Катодные процессы в водных растворах - student2.ru

Q – количество прошедшего электричества

m – масса вещества, г.

Катодные процессы в водных растворах - student2.ru - химический эквивалент вещества, г.

J – сила тока, А

Катодные процессы в водных растворах - student2.ru - время электролиза, сек.

Пример: Сколько меди выделяется при пропускании через раствор ее соли тока силой 6А, в течение 1 часа, если выход по току составляет 98%?

m(Си)факт = m(Си)теор*0,98 = Катодные процессы в водных растворах - student2.ru (Cu)*J*τ*0,98 /96500= 32*6*3600*0,98/96500 =7г..

Следовательно, на катоде выделится 7 грамм меди.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Лабораторная установка для проведения процесса электролиза с растворимым медным анодом.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. В каких случаях образуются вторичные продукты при электролизе?

2. В какой последовательности и выделяются на катоде металлы при электролизе раствора, содержащего ионы Ni2+, Cr2+,Fe3+?

3. Какой силы должен быть ток, чтобы при пропускании его через расплав MgSO4 выделить на катоде 6 г. магния за 10 часов? Написать уравнения электродных процессов.

4. Через последовательно соединенные электролитические ванны с платиновыми электродами пропустили ток. В первой ванне раствор сульфата натрия, во второй-раствор нитрата серебра, а в третьей - раствор соляной кислоты. Какие продукты выделились на электродах во всех трех ваннах и сколько их получилось по массе, если в первой ванне выделится на катоде 1 мг. водорода?

5. Через водный раствор NaCl (электроды угольные) пропускали ток сначала при перемешивании раствора, а затем без перемешивания, отделив в последнем вторичные продукты. Написать уравнения электродных процессов для двух случаев.

Наши рекомендации