Примеры электролиза растворов электролитов

Рассмотрим несколько примеров электролиза растворов:

- электролиз водного раствора иодида калия с инертными электродами:

  KJ, H2O  
  ­¯  
(-) К K+ + J- ® А(+)
система: K+, H2O   система: J -, H2O
2H2O + 2ē ® H2­+2OH-   2J‾ – 2ē ® J2
     
  К: 2H2O + 2ē ® H2­+2OH-  
  А: 2J‾ – 2ē ® J2  
  Суммарно: 2H2O + 2J‾ = H2­+2OH- + J2
    эл. ток
    2KJ + 2H2O = H2­+2KOH + J2
    на катоде на аноде
                   

- электролиз водного раствора нитрата меди (II) с инертными электродами:

  Cu(NO3)2, H2O  
  ­¯  
(-) К Cu2+ + 2NO3- ® А(+)
система: Cu2+, H2O   система: NO3 -, H2O
Cu2+ + 2ē ® Cu   2H2O – 4ē ® O2­ + 4H+
     
  К: Cu2+ + 2ē ® Cu  
  А: 2H2O – 4ē ® O2­ + 4H+  
  Суммарно: 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + O2­ + 4H+  
    эл. ток  
    2Cu(NO3)2 + 2H2O = 2Cu + O2­ + 4HNO3  
    на катоде на аноде  
                     

- электролиз водного раствора сульфата меди (II) с медными электродами:

  CuSO4, Cu, H2O  
  ­¯  
(-) К Cu2+ + SO42- ® А(+)
система: Cu2+, H2O   система: Cu, SO42-, H2O
Cu2+ + 2ē ® Cu   Cu - 2ē ® Cu2+
     
  К: Cu2+ + 2ē ® Cu  
  А: Cu – 2ē ® Cu2+  
    эл. ток  
  Суммарно: Cu2+ + Cu = Cu + Cu2+  
    на катоде на аноде  
                     

- электролиз водного раствора сульфата цинка с инертным анодом:

  ZnSO4, Zn, H2O    
  ­¯    
(-) К Zn2+ + SO42- ® А(+)  
система: Zn2+, H2O   Система: SO42-, H2O  
Zn2+ + 2ē ® Zn 2H2O + 2ē ® H2­+2OH-   2H2O – 4ē ® O2­ + 4H+  
       
  К: Zn2+ + 2ē ® Zn 2H2O + 2ē ® H2­+2OH-  
  А: 2H2O – 4ē ® O2­ + 4H+  
  Суммарно: Zn2+ + 4H2O = Zn + H2­+2OH- + O2­ + 4H+
    эл. ток
    ZnSO4 + 2H2O = Zn + H2­ + O2­ + 2H2SO4
    на катоде на аноде
                     

Законы Фарадея

Поскольку прохождение электрического тока при электролизе связано с химическими превращениями, то существует определенная зависимость между количеством электричества и количеством прореагировавшего вещества. Эта зависимость была установлена М. Фарадеем (1833-1834).

Первый закон Фарадея устанавливает прямую пропорциональность между количеством прошедшего через систему электричества и количеством прореагировавшего вещества: масса вещества (m) выделенная на электроде электрическим током, пропорциональна количеству электричества (Q), прошедшего через электролит:

m = KЭ·I·τ = KЭ·Q,

где I – сила тока, А;

τ – время прохождения тока, с.

Коэффициент пропорциональности KЭ называется электрохимическим эквивалентом. Он показывает количество прореагировавшего вещества при прохождении одного кулона электричества:

KЭ = МЭК/F,

где МЭК – масса молярного эквивалента вещества, г/моль экв;

F – Постоянная Фарадея, равная 9,65×104 Кл/моль экв.

Таким образом, масса вещества, образующегося при электролизе, может быть вычислена по формуле:

m = МЭК ·I·τ ,
F

На практике, вследствие протекания побочных процессов электролиза, на электродах выделяется меньше вещества по сравнению с расчетным по количеству прошедшего через раствор электричества. Отношение количества фактически полученного продукта (mопыт.) к теоретическому (mтеор.), выраженное в процентах, называется выходом по току η:

η = mопыт. ·100%.
mтеор.

Согласно второму закону Фарадея массы различных веществ, выделенных одним и тем же количеством электричества, пропорциональны их химическим эквивалентам:

m1 = Э1 .
m2 Э2

Примеры решения задач

Пример 1. Сколько меди выделится на катоде, если через раствор медного купороса пропустить ток силой 2,68 А в течение 30 мин?

Решение: по закону Фарадея:

m = МЭК ·I·τ = 32×2,68×1800 =1,6 г,
F

где I – сила тока, А;

τ – время прохождения тока, с;

МЭК – масса молярного эквивалента вещества, г/моль экв;

F – Постоянная Фарадея, равная 9,65×104 Кл/моль экв.

Пример 2. Какое количество продуктов будет получено при электролизе расплавленного гидроксида натрия, током силой 0,2 А в течение 5 часов?

Решение: Схема электролиза расплава NaOH:

    NaOH  
    ­¯ (321°С)  
  (-) К Na+ + OH- ® А(+)
       
  К: Na+ + ē = Na  
  А: 4OH- - 4ē = O2 + 2H2O  
Суммарно: 4Na+ + 4OH- = 4Na + O2 + 2H2O  
  эл.ток  
  4NaOH = 4Na + O2­ + 2H2O  
  на катоде на аноде  
                   

Определим количество электричества (в кулонах), прошедшего через расплав NaOH, для чего амперы умножим на время (в секундах):

0,2∙5∙60∙60 = 3600 Кл.

Согласно закону Фарадея, если через электролит пройдёт 96500 Кл электричества, то на электродах выделится эквивалент вещества.

Тогда: на катоде 96500 Кл электричества выделит 23 г Na

Наши рекомендации