Анодні процеси - студопедія
На аноді легше окислюються електрохімічних активні частинки з меншим значенням потенціалу.
Анодні процеси залежать від матеріалу анода, складу і виду електроліту.
Аноди бувають розчинними і нерозчинними.
1. Розчинні аноди - це аноди з металів, що стоять в ряду напруги після алюмінію (j про (Ме)> j про (Al)). Незалежно від виду електроліту (розчин або розплав), від виду аніону в електроліті, розчинні аноди окислюються при електролізі:
А: (Ме): Ме - Zе ® Ме z + (52)
2. Нерозчинні (інертні) аноди (Pt, Au, C - графіт) самі не окислюються при електролізі, а є лише приймачем електронів від аніонів. При цьому анодний процес залежить лише від виду електроліту:
а) Розплав електроліту.
На нерозчинному аноді окислюються аніони незалежно від їх складу: SO2
б) Розчин електроліту.
При електролізі розчинів, що містять безкисневого аніони (Cl -. Br -. I -. CN -. Крім F -), на аноді окислюються ці аніони:
АС): 2Br - - 2e ® Br2 0 (55)
При електролізі розчинів з кіслоросодержащімі аніонами (SO4 2-; NO3 1; NO2 -; і т.д.) на аноді в залежності від рН розчину окислюється вода або аніони ОН -:
а) рН £ 7 А (С): Н2 Про -4е ® О2 + 4Н + (56)
б) рН> 7 А (С): 4ОН - -4е ® О2 + 2Н2 О (57)
При цьому розчин у анода подкисляется, тобто рН зменшується.
4.3. закон Фарадея
Процеси перетворення речовин на електродах підпадають під дію законів Фарадея:
1) Маси або об'єми речовин, що випробували електрохімічні перетворення на електродах, прямо пропорційні кількості минулого електрики.
Для газоподібних речовин:
Де m (B) - маса речовини, що зазнав електрохімічне перетворення на електроді, р
V 0 (A) - обсяг газоподібної речовини при н.у. зазнав електрохімічне перетворення на електроді, л.
М (В) - молярна маса речовини, г / моль,
V 0 м -молярний обсяг газоподібної речовини при н.у. рівний 22,4 л
Z - число електронів в електродному процесі, яке визначається з відповідного електродного процесу.
I × t = Q - кількість електрики, пропущене через електролізер, А × с.
t - час електролізу, с.
2) Маси або об'єми прореагировавших на електродах речовин при постійній кількості електрики відносяться між собою, як молярні маси еквівалентів або молярні об'єми еквівалентів цих речовин.
З огляду на, що = Мек (В), = V 0 ек (A), і перетворюючи рівняння (58), (59), отримуємо при Q = const
Прімер11. При електролізі розчину CuSO4 на графітових електродах маса катода збільшилася на 10,58г. Визначте обсяг газу, що виділився на аноді (н.у.).
Рішення. Для того, щоб визначити, які речовини виділилися на електродах, напишемо рівняння дисоціації CuSO4 і електродних процесів:
CuSO4 D Cu 2+ + SO4 2-. pH <7 из–за гидролиза
К (С). Сu 2+ + 2e® Cu 0 z (Cu) = 2
Отже, на катоді виділяється мідь, на аноді - газ кисень.
Мек (Cu) = = = 31,75г / моль
Оскільки при електролізі через катод і анод проходить одне і теж кількість електрики. Q = Qa = Qk. то
V 0 (О2) = = = 1,866л
4.4. ВИХІД З ТОКУ
При електролізі, внаслідок побічних процесів, кількість виділився речовини менше, ніж випливає з закону Фарадея. До числа таких побічних процесів відносяться: електродні реакції на катоді (виділення водню) при електролізі водних розчинів катіонів металів від марганцю до свинцю, нагрівання електроліту за рахунок його опору і ін. Для кількісної оцінки всіх видів втрат використовують вихід по струму (ВТ)
Якщо при електролізі протікають побічні реакції, наприклад, при електролізі розчину ZnCl2 поряд з цинком виділяється водень.
На катоді Zn +2 + 2e Zn ВТ1
Виходом з току (Bт) називається відношення в процентах кількості електрики, витраченого при електролізі при виділенні даної речовини до загальної кількості електрики, що пройшов через розчин
або відношення маси фактично отриманого продукту електролізу (mопит) до маси теоретично (mтеор.), розрахованої за кількістю минулого електрики в відповідність до закону Фарадея.
Прімер12. Які процеси протікають на електродах при електролізі розчину нітрату срібла з вугільними електродами? Яке зміна маси катода і обсяг газу, що виділився на аноді, якщо електроліз триває протягом 30 хв. при силі струму 3А, а ВТК = ВТА = 90%
Рішення: Вугільні електроди участі в електродних процесах не приймають. На катоді відновлюються катіони срібла, на аноді окислюються молекули води (NO3 -. Як кисневмісний аніон, окислюється важче води).
К: (С): Ag +. H2 O. Ag + + e® Ag
Знаходимо теоретичну масу срібла, яка повинна виділиться на катоді, використовуючи формулу (58)
mопит .. = m (Ag) = = 6,04г
З урахуванням ВТК маса, яка виділяється срібла складе
Mексп. = 6,04 × 0,9 = 5,44г
Розрахунок теоретичного обсягу кисню, що виділяється на аноді проводимо за формулою (59), враховуючи, що молярний об'єм еквівалента кисню дорівнює 5,6 л.
Беручи до уваги ВТА
91. Визначте на скільки грамів збільшиться маса катода при електролізі протягом 1 години розчину Ca (NO3) 2 при силі струму 3 А. Напишіть рівняння електродних процесів, якщо електроди виконані з платини.
92. При електролізі розчину ZnCl2 з графітовими електродами протягом 1,5 годин при виході за струмом ВТК = 60% маса катода збільшилася на 1,46 г. Визначте силу струму, що пропускається через електролізер і обсяг газу, що виділився на аноді, якщо ВТА = ВТК. Напишіть рівняння електродних реакцій.
93. При електролізае розчину К2 SO4 з графітовими електродами при ВТА = ВТК = 100% обсяг газу, що виділився на катоді, склав 0,84л. Визначте обсяг газу, що виділився на аноді і напишіть рівняння електродних реакцій.
94. При пропущенні через воду струму силою I = 20A на графітовому аноді виділилося 19.6л газу електрики Запишіть рівняння електродних реакцій, розрахуйте час електролізу і обсяг газу, що виділився на аноді.
95. Розрахуйте обсяг газу, що виділився на графітовому катоді (ВТК = 80%) при електролізі розчину KNO3. якщо при пропущенні струму 10А на графітовому аноді виділився 371л газоподібної речовини (ВТА = 90%). Напишіть рівняння електродних реакцій.
96. При електролізі розчину ZnCl2 через електролізер було пропущено кількість електрики Q = 48250Кл. При цьому маса графітового катода збільшилася на 9,8г, а на графітовому аноді виділилося 2 л газоподібної речовини. Напишіть рівняння електродних реакцій і розрахуйте ВТА і ВТК. .
97. Визначте на скільки грамів зміниться маса анода при пропущенні струму в 3А протягом 1 години через розчин FeCl2, якщо електроди виконані з б) заліза, а ВТА = 82% Напишіть рівняння електродних реакцій.
98.Прі електролізі розчину FeCl2 c платиновими електродами на аноді виділилося 10 л газу при ВТА = 75%. Розрахуйте, на скільки грамів збільшиться маса катода, якщо ВТК = 80% .Напішіте рівняння електродних реакцій.
99. Розрахуйте, який струм потрібно пропустити через розчин СrCl3 протягом 2,5 годин, щоб маса графітового (С) катода збільшилася на 2,26г (ВТК = 70%). Розрахуйте обсяг газу, що виділився на С-аноді. Напишіть рівняння електродних реакцій.
100. При електролізі розчину CuSO4 з графітовими електродами маса катода збільшилася на 1000г (ВТК = 95%). Напишіть рівняння електродних реакцій і розрахуйте обсяг газу, що виділився на аноді. якщо ВТА = 98%.
101.Прі пропущенні через розчин MgSO4 кількості електрики Q = 2423К на аноді виділилося 10 3 л газу. Напишіть рівняння електродних реакцій і розрахуйте вихід по струму на аноді, якщо електроди виконані з графіту.
102. За 10 годин електролізу розчину MgCl2 з графітовими електродами маса катода збільшилася на 500 м ВТК = 85%. Розрахуйте силу струму, що пропускається через електролізер. Напишіть рівняння електродних реакцій.
103.Через розчин Ni (NO3) 2 пропускався струм силою I = 3,5 А протягом 2 годин. За умови, що ВТА = 80%. розрахуйте: а) зміна маси анода, якщо електроди виконані з нікелю, б) обсяг, що виділився на аноді газу, якщо електроди виконані з платини.
104. При електролізі розчину CoSO4 маса катода збільшилася на 10 3 м при ВТК = 80% розрахуйте: а) кількість електрики Q, що пройшов через електролізер, б) обсяг газу, що виділився на графітовому аноді, в) зміна маси анода, якщо він виконаний з кобальту.
105. При пропущенні струму I = 3,0А через розчин CuCl2 маса катода збільшилася на 6 г (ВТК = 90%). Розрахуйте а) час електролізу і обсяг газу, що виділився на аноді (ВТА = 90%), якщо електроди виконані з графіту, б) зміна маси анода, якщо він виконаний з міді.
106. При пропущенні струму I = 10А через електролізер з розчином Cr2 (SO4) 3 маса катода збільшилася на 3 м ВТК = 60%. Розрахуйте: а) час здійснення електролізу і обсяг газу, що виділився на аноді, якщо електроди виконані з: графіту.
107. Через розчин NiSO4 протягом часу t = 2 год. пропускався струм I = 1А ВТК = 80% і ВТА = 80%. Розрахуйте зміна маси катода і обсяг газу, що виділився на аноді, якщо електроди виконані з графіту. Напишіть реакції, що протікають на електродах
108. При пропущенні електричного струму через розчин CaCl2 протягом 1 години на аноді виділилося 4 л газоподібної речовини. Розрахуйте силу струму, пропущеного через електролізер, якщо електроди виконані з графіту. Запишіть рівняння електродних реакцій.
109. При пропущенні струму силою I = 4А через розчин PbCl2 маса катода збільшилася на 16 м Розрахуйте час пропускання струму, t і обсяг газу, що виділився на аноді, якщо електроди виконані з графіту.
110. Через розчин HgCl2. пропущений струм I = 4 А протягом 1 години. При цьому маса катода збільшилася на 14,2 м Розрахуйте ВТК і обсяг газу, що виділився на аноді (Va), якщо електроди виконані з: а) графіту, б) золота.
111. Через розплав NaJ пропущений струм силою I = 100A протягом 1 години. Розрахуйте, як зміниться маса катода, якщо електроди графітові. ВТК = 100%.
112. Через розчин AgNO3 пропускали струм силою I = 4A протягом 4 годин. Знайдіть зміна маси катода і обсяг газу, що виділився на аноді, якщо ВТА = ВТК = 90%. а електроди виконані з графіту. Напишіть рівняння електродних процесів, що протікають на електродах, виконаних з срібла.
113. При пропущенні струму I = 3А протягом 1 години через розплав КОН маса катода змінилася на 4,5 м Розрахуйте ВТК і обсяг газу, що виділився на аноді, якщо електроди графітові. (ВТК = ВТА).
114. При електролізі через розплав NaCl було пропущено 8,64 × 10 4 Кл електрики. При цьому на аноді виділилося 10 5 л хлору. Розрахуйте на скільки змінилася маса катода, якщо електроди виконані з графіту (ВТА = ВТК). Запишіть рівняння електродних процесів, що протікають на графітових електродах.
115.Прі електролізі розчину CdSO4 протягом 2,5 годин маса катода змінилася на 21,25г. Розрахуйте силу струму, пропущеного через електролізер і обсяг газу, що виділився на аноді, якщо електроди виконані з: а) графіту. ВТА = 75%, ВТК = 80%. Напишіть рівняння електродних реакцій.
116. При електролізі через розчин SnCl2 було пропущено 24125Кл електрики. Розрахуйте зміна маси анода, якщо електроди виконані з олова. Вихід по току на олов'яному електроді становить 85%. Розрахуйте обсяг водню, що виділяється одночасно з осадженням Sn.