Контрольные вопросы

1. Объясните возникновение скачка потенциала на границе раздела металл-электролит.

2. Что такое электродный потенциал?

3. Что собой представляет водородный электрод? Для чего он служит?

4. На чем основан ряд напряжений?

5. В чем состоит отличие ряда активности от ряда напряжений?

6. Что такое электролиз?

7. Как происходит поляризация электродов:

а) концентрационная;

б) электрохимическая?

8. Дать понятие о напряжении разложения и перенапряжения.

9. Написать уравнения реакций катодного и анодного процессов, протекающих при электролизе водных растворов с инертными электродами: хлорида кальция, сульфата железа (II), хлорида цинка, нитрата серебра.

10. В течение какого времени следует пропускать через раствор электролита электрический ток силой в 5А, чтобы выделить грамм-эквивалент любого металла?

11. Ток проходит последовательно через растворы хлорида меди (II) и хлорида олова (II). За некоторый промежуток времени в первом электролизере на катоде выделилось 3,2 г меди. Определить массу выделившегося олова и теоретический объем образовавшегося хлора при нормальных условиях.

12. Вычислить, как изменится электродный потенциал цинка, если концентрация раствора сульфата цинка, в который погружена цинковая пластинка, уменьшится от 0,1 до 0,01 н.

13. В каких случаях при электролизе водных растворов солей на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород?

14. Написать ионно-электронные уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водных растворов: сульфата никеля (электроды угольные и никелевые); нитрата цинка (электроды платиновые и цинковые).

15. Водный раствор содержит смесь нитратов меди (II), железа (II) и свинца (II) одинаковой концентрации. В какой последовательности будут выделяться металлы при электролизе раствора?

16. Написать уравнения реакций, протекающих в катодном и анодном пространствах при электролизе крепкой азотной кислоты.

Примеры решения задач

Задача 1. При пропускании тока через последовательно включенные электролизеры с растворамиAgNO₃,CuSO₄иFeCl₃в первом электролизере на катоде выделилось 1,118 г металлического серебра. Записать уравнения реакций электролиза и определить массу веществ, выделенных на катодах воIIиIIIэлектролизерах.

Дано: m_Ag= 1,118 г

m_II– ?

m_III– ?

Решение:

а) AgNO₃+H₂O= ?

	катод (-)
4	Ag+ + e → Ag0
	анод (+)
1	2H2O – 4e → O2 + 4H+
4Ag+ + 2H2O → 4Ag0 + O2 + 4H+

Молекулярное уравнение реакции в I-м электролизере:

4AgNO₃ + 2H₂O → 4Ag⁰ + O₂ + 4HNO₃;

б) CuSO₄ + H₂O = ?

	катод (-)
2	Cu2+ + 2e → Cu0
	анод (+)
1	2H2O – 4e → O2 + 4H+
2Cu2+ + 2H2O → 2Cu0 + O2 + 4H+

Молекулярное уравнение реакции во II-м электролизере:

2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu⁰ + O₂ + 2H₂SO₄;

в) FeCl₃ + H₂O =?

	катод (-)
4	Fe3+ + 3e → Fe0
	анод (+)
3	2H2O – 4e → O2 + 4H+
4Fe3+ + 6H2O → 4Fe0 + 3O2 + 12H+

Итоговое уравнение реакции, происходящей в IIIэлектролизере

4FeCl₃ + 6H₂O → 4Fe⁰ + 3O₂ + 12HCl.

Итак, в I-м электролизере на катоде (–) образовалось 1,118 гAg, что составляет:

1 г-экв. Ag– 108 г	х = 1,118/108 = 0,0103 г-экв.
х - 1,118 г

на катоде (–) второго электролизера образовалось 0,0103 г-экв меди (II).

1 г-экв.Cu (II) = 64/2 = 32 г.

1 г-экв. Cu (II) – 32 г	х = 0,0103∙32 = 0,3296 г. Cu
0,0103 г-экв. – х

на катоде (–) третьего электролизера образовалось 0,0103 г-экв железа (III)

1 г-экв.Fe(III) = 56/3 = 18,7 г.

1 г-экв. Fe(III) – 18,7 г	х2= 0,0103∙18,7 = 0,193 г.Fe
0,0103 г-экв. – х2

Задача 2.При электролитическом определении никеля рН = 7; началось выделение водорода. Вычислить: а) концентрацию ионов никеля, оставшегося в растворе; б) количество граммов никеля, оставшегося в 100 мл раствора, перенапряжение для водорода на никеле равно +0,21 В.

Дано: Е_перен= 0,21 В

рН = 2

= – 0,25 В

m_{Ni(в 100 мл р-ра)}– ?

Решение: Потенциал водородного электрода при рН = 2 и перенапряжение 0,21 В равен:

φ_H = φ⁰ + (0,059∙lg10^-2 – 0,21) = -0,326 В.

Концентрация никеля

φ_Ni = –0,25 + (0,059/2)∙lgC = –0,326 В

φ_Ni = –0,25 В

С = 10^-3,6= 2,5∙^-4г-ион/л.

В 100 мл раствора осталось

2,5∙10^-3Ni∙10^-1= 0,015 г никеля.

Задача 3.При электролизе раствораNiSO₄в течение 1 часа током в 268мА одновременно с никелем выделился водород в количестве 11,2 мл (н.у.). Вычислить выход по току для никеля.

Дано: t= 1 ч

I= 268 мА

V= 11,2 мл

ŋ – ?

Решение: Для выделения 1 г-экв вещества необходимо затратить 26,8 А.ч., по условию нашей задачи затрачено 268 мА. Отсюда мы можем определить, сколько г-экв никеля и водорода выделилось на катоде.

1 г-экв. – 26,8 А.ч.	х1= 0,268/26,8 = 0,01 г-экв.
х1– 0,268 А.ч.

Водорода выделилось:

1 г-экв. H2– 11,2 л или 11200 мл	х2= 11,2/11200 = 0,001 г-экв.
х2– 11,2 мл

Следовательно, никеля выделилось

0,01 – 0,001 = 0,009 г-экв.

0,01 – 100%	ŋ = 0,009∙100/0,01 = 90%
0,009 – ŋ

Задача 4. Сколько граммовH₂SO₄образуется при электролизеCuSO₄в течение 2 ч 30 мин током 0,6 А?

Дано: I =0,6 A

τ = 2 ч 30 мин = 2,5 часа

F= 26,8 А∙ч.;

m_H2SO4 – ?

Решение:

2 CuSO₄ + 2 H₂O → 2Cu⁰ + 2H₂SO₄ + O₂.

2Cu²⁺ + 2 H₂O→ 2Cu⁰ + O₂ + 4H⁺

	катод (–)
2	Cu2+ + 2e → Cu0
	анод (+)
1	2H2O – 4e → O2 + 4H+
2Cu2+ + 2H2O → 2Cu0 + O2 + 4H+

Из уравнения реакции видно, что при электролизе кислота образуется в растворе в количестве, эквивалентном количеству выделившегося металла.

m = I∙τ∙Э/F,

тогда

г.