Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодня мы познакомимся с еще одной разновидностью задач - задачи на электролиз. Собственно, они решаются по тому же шаблону, что и все остальные:
-на каждом этапе устанавливается химизм процесса,
-все численные данные пересчитываются в количества веществ реагентов, по уравнению реакции находятся неизвестные величины,
-устанавливается количественный и качественный состав промежуточных реакционных масс и конечного продукта.
В задачах на электролиз "изюминкой", как правило, является разложение веществ в растворах (реже, в расплавах), под действием электрического тока. Я не буду в этой статье затрагивать особенности катодных и анодных процессов, протекающих при электролизе растворов различных электролитов. Приведу только наиболее часто встречающиеся в расчетных задачах уравнения процессов электролиза:
1. 2NaCl +2H2O=H2↑ (катод)+Cl2↑(анод)+2 NaOH (в растворе)
2. 4AgNO3+2H2O=4Ag ↓ (катод)+O2↑(анод)+4HNO3(в растворе)
3. 2Cu(NO3)2+2H2O=2Cu ↓ (катод)+O2↑(анод)+4HNO3(в растворе)
4. 2CuSO4+2H2O=2Cu ↓ (катод)+O2↑(анод)+2H2SO4(в растворе)
5. СuCl2=Cu ↓ (катод)+Cl2 ↑ (анод)
6. 2H2O=2H2↑(катод) +O2↑(анод)
Протекание самого процесса электролиза можно наблюдать на прилагаемых видео:
1. Электролиз раствора иодида натрия (химизм аналогичен электролизу хлорида натрия)
2.Электролиз раствора сульфата меди
3. Электролиз раствора хлорида меди
4. Электролиз воды
Одной из главных областей применения электролиза является нанесение металлических покрытий в процессе электроосаждения металлов. В ходе него катионы металлов восстанавливаются на электроде, образуя эффектные структуры. Так производят, например, оцинковку обычных ведер, хотя эта технология может быть весьма точной и тонкой, и применяется также для нанесения рабочих слоев на диски памяти:
https://vimeo.com/236211759
Некоторые кадры из этого видео:
электроосаждение меди:
и цинка:
А сейчас рассмотрим количественные аспекты процесса электролиза.
Начнем с задачи из Белавина:
Решение.
1.Характеристика процессов в первом электролизере:
а) 4AgNO3+2H2O=4Ag ↓ (катод)+O2↑(анод)+4HNO3(в растворе)
б)nисх( AgNO3)= 100*0,18/170=0,106 моль
в) увеличение массы катода в первом электролизере произошло за счет электроосаждения на нем серебра,
т.е. n(Ag)осажд=10,8/108=0,1 моль
г) Чтобы перейти к описанию процессов во втором электролизере, найдем количество электричества, прошедшего через первый электролизер. Для этого используем закон Фарадея:
m(Ag)осажд=M(Ag)*I*t/(nF), где
M(Ag) - молярная масса серебра, = 108 г/моль,
I - сила тока, А; t - время электролиза, сек; n- количество электронов, принимающих участие в электродном процессе, = 1), F - постоянная Фарадея.
Поскольку электролизеры соединены последовательно, то величина I*t/ F - постоянная. Найдем ее:
I*t/ F =10,8/108 = 0,1.
2. Характеристика процессов во втором электролизере:
а) 2H2O=2H2↑(катод) +O2↑(анод) (при электролизе растворов кислородсодержащих кислот разлагается только вода).
б) найдем массу разложившейся воды. Для этого найдем последовательно , в соответствии с законом Фарадея, массы водорода и кислорода, выделившихся на электродах, и сложим их.
КАТОД: 2 Н2О+2е=Н2 ↑ + 2ОН-, n=2
m(Н2 ↑ ) =M(Н2)*I*t/(nF)=2*0,1/2=0,1 г
АНОД: 2 Н2О-4 е=O2 ↑ + 4H+, n=4
m(O2 ↑ ) =M(O2)*I*t/(nF)=32*0,1/4=0,8 г
m(Н2 ↑ ) + m(O2 ↑ ) =0,1+0,8=0,9 г
г) Найдем массу раствора, оставшегося во втором электролизере. При этом учитываем, что исходная масса раствора= 100 г,
m 2= m2 исх- (m(Н2 ↑ ) + m(O2 ↑ ) )=100 -0,9=99, 1 г
Планирую посвятить решению задач на электролиз еще одну статью, и затем - перейти на кристаллогидраты...
Всего вам доброго!
