Количественная характеристика электролиза выражается двумя законами Фарадея

1. Масса вещества, выделяющегося на электродах, прямо пропорциональна количеству прошедшего через электролит электричества.

2. При электролизе различных химических соединений равные количества электричества выделяют на электродах массы веществ, пропорциональные молярным массам их эквивалентов.

Согласно этим законам:

1.m = K_э Q или m = K_э I t , где m – масса выделившегося вещества

Q – количество электричества в кулонах / Кл /

I - сила тока в амперах / А /

t - время в секундах / с /

K_э - коэффициент пропорциональности, называемый электрохимическим эквивалентом

Если I = 1 A, t = 1 c и, следовательно Q = 1 Кл, то m = K_э , т.е. электрохимический эквивалент – это масса вещества, выделившегося на электроде током силой в 1 А в течение 1 с или количеством вещества 1 Кл,

K_э = , тогда m = I t , а М_э = , где М- молярная масса вещества, а n – число электронов, перемещаемых при окислении или восстановлении

2.96500 Кл или 26,8 А / ампер-час / выделяют на электродах молярную массу эквивалента данного вещества. Это количество электричества называют числом или постоянной Фарадея F / Кл/моль или А час/ моль /

Вследствие параллельных побочных процессов масса вещества, получаемого при электролизе, оказывается меньше той, которая соответствует количеству прошедшего электричества. Отношение массы реально выделенного вещества на электроде к теоретической и умноженной на 100, называют выходом по току:

В_т = 100 . Так как m = K_э I t или m = I t ; В_т = 100%

Пример 7.

Для водного раствора данного электролита:

- напишите уравнения процессов, которые идут на электродах при электролизе;

- рассчитайте, сколько и каких веществ выделится на катоде и аноде, если электролиз вести при силе тока, равной I = …. A, в течение t часов и выходу по току В_т;

- определите, как изменится анодный процесс, если анод заменить на другой, указанный в таблице

Решение:

Нитрат серебра диссоциирует: AgNO₃ ↔ Ag⁺ + NO₃^-

- процессы, протекающие на электродах:

Катод (-) Ag⁺ + e^- ® Ag⁰

Анод (+) выполнен из графита при рН=10 4 OH^- - 4 e^- ® O₂ + 2 H₂O

Анод (+) выполнен из цинка идет процесс растворения цинкового анода:

Zn - 2 e^- ® Zn²⁺, таким образом при электролизе раствора нитрата серебра AgNO₃, образуется Ag⁰, O₂ и H₂O.

- рассчитаем массу серебра и объем кислорода, образовавшихся при электролизе раствора AgNO₃ при силе тока равной 15А, времени 0,5 часа с учетом выхода по току, равным 0,85.

М_{э Ag} = = 108 г/моль. Определяем массу серебра, которая бы выделилась теоретически при прохождении через раствор AgNO₃ данного количества электричества, учитывая, что 0,5 часа равняется 1800 секундам.

m_Ag = I t = = 30,2(г), так как В_т = 0,85,

то m_Ag = 30,2 х 0,85 = 25,67 (г).

Определяем объем кислорода, который бы выделился теоретически при прохождении через раствор AgNO₃ данного количества электричества, учитывая, что 0,5 часа равняется 1800 секундам, при силе тока, равной 15А.

V_O2 = I t = = 1,56(л), так как В_т = 0,85,

то V_O2 = 1,56 х 0,85 = 1,32 (л).

Контрольные задания для выполнения контрольной работы студентам заочной формы обучения

1. Подберите коэффициенты в схеме окислительно-восстановительной реакции, составьте схему электронного баланса, определите, что является – окислителем, что – восстановителем, определите тип окислительно-восстановительной реакции: (таблица 1)

2. Для данной гальванической пары элементов: (таблица 2)

- определите анод и катод;

- напишите уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде в работающем гальваническом элементе. Запишите уравнение токообразующей реакции;

- рассчитайте э.д.с. гальванического элемента.

- в каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого гальванического элемента.

3. Для водного раствора данного электролита: (таблица 3)

-напишите уравнения процессов, которые идут на электродах при электролизе;

- рассчитайте, сколько и каких веществ выделится на катоде и аноде, если электролиз вести при силе тока, равной I = …. A, в течение t часов и выходу по току В_т;

- определите, как изменится анодный процесс, если анод заменить на другой, указанный в таблице

4. Для пары металлов: (таблица 4)

- определите, возможна ли коррозия при контакте с воздухом;

- напишите уравнения анодного и катодного процессов, разобрав примеры водородной и кислородной деполяризации при заданном значении рН среды;

- предложите для коррозируемого металла анодное и катодное покрытие.

5. Установить в каком направлении возможно самопроизвольное протекание реакции: (таблица 5).

* При выполнении заданий контрольной работы воспользуйтесь данными таблицы 6 (Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы при 25 0С).

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы при 25 0С

Библиографический список

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: