Тема 2. Основы электрохимия. Электролиз водных растворов.

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. На катоде происходит процесс восстановления, а на аноде-окисления. Электролиз-процесс несамопризвольный, то есть требует затраты энергии в виде электрического тока.

Электролиз можно использовать для выделения металлов из растворов и для защиты металлов от коррозии путем нане-сения на поверхность другого металла.

Для количественных расчетов используют законы Фарадея.

Первый закон Фарадея:

масса вещества, образующегося на электроде, пропорцио-анальна количеству электричества, пропущенного через раствор.

Количество электричества Q может быть рассчитано по формуле:

Q = I

где I – сила тока в амперах; -время в секундах.

Второй закон Фарадея:

при пропускании одинакового количества электричества через растворы различных электролитов масса веществ, выделяющихся на электродах, пропорциональна молярным массам их эквивалентов.

Экспериментально установлено, что для выделения одной молярной массы эквивалента вещества необходимо затратить одно и то же количество электричества, равное 96500 Кл

(постоянная Фарадея F).

При проведении электролиза в реальных условиях на электроде протекают два параллельных процесса,поэтому только часть пропущенного электричества расходуется на выделение нужного вещества. Для учета этого используется показатель выход по току- ВТ.

Обьединенный закон Фарадея имеет вид:

m =

где: А-атомная масса металла;

z- заряд катиона;

F-постоянная Фарадея;

BT- выход по току.

Пример. Составить схему электролиза и рассчитать массу никеля, выделившегося на катоде при электролизе водного раствора Ni(NO₃)₂ c инертными электродами; I = 1,9 А; =45 мин;

ВТ =65%.

Решение

Диссоциация соли в водном растворе:

Ni(NO₃)₂ Ni²⁺ +2

На катоде протекают реакции:

Ni²⁺ + 2 e = Ni

2Н₂О + 2e = Н₂ + 2ОН^-

На аноде протекает реакция:

2Н₂О = О₂ + 4 Н⁺ + 4e

Масса выделившегося металла составит

m (Ni) = = 1,01 г.

ЗАДАЧА 3

Напишите уравнения реакций, протекающих на инертных электродах. Рассчитайте массу металла, выделяющегося на катоде при указанных условиях электролиза

Вариант	Формула соли	Сила тока I,А	Время , мин	Выход по току ВТ, % масс.
	CuCl2
	ZnSO4	2,5
	SnCl2	2,8
	Cr2(SO4)3	1,5
	MnCl2	3,5
	FeSO4	3,2
	ZnCl2	4,1
	CrCl3	3,6
	MnSO4	1,9
	NiSO4	4,2
	NiCl2	3,3
	CoCl2	1,4
	CoSO4	1,7
	Zn(NO3)2	1,9
	Co(NO3)2	1,8
	Fe(NO3)2	2,4
	CuBr2	2,7
	ZnI2	2,2
	CrBr3	3,4
	MnI2	4,0
	AgNO3	5,1
	FeI2	6,2
	MnCl2	3,6
	Cr(SO4)3	4,1
	Cu(NO3)2	2,7
	CdCl2	3,5
	Pb(NO3)2	2,4
	SbCl3	2,6
	PdSO4	4,0
	InCl3	1,8
	CuCl2
	ZnSO4	2,5
	SnCl2	2,8
	Cr2(SO4)3	1,5
	MnCl2	3,5
	FeSO4	3,2
	ZnCl2	4,1
	CrCl3	3,6
	MnSO4	1,9
	NiSO4	4,2

 

 

Приложение 1

Стандартные электродные потенциалы

Электрод	Электродная реакция
Mn2+/Mn	Mn2+ + 2е = Mn	- 1,180
Zn2+ /Zn	Zn2+ + 2е = Zn	- 0,763
Cr3+/ Cr	Cr3+ + 3е = Cr	- 0,744
Fe2+/ Fe	Fe2+ + 2е = Fe	- 0,440
Cd2+/ Cd	Cd2+ + 2е = Cd	- 0,403
Co2+/ Co	Co2+ + 2е = Co	- 0.277
In3+ /In	In3+ + 3е = In	- 0,343
Ni2+/ Ni	Ni2+ + 2е = Ni	- 0,250
Sn2+/ Sn	Sn2+ + 2е = Sn	- 0,136
Pb2+ /Pb	Pb2+ + 2е = Pb	- 0,126
Н+ /Н2	Н+ + е =1/2 Н2	0,000
Sb3+/ Sb	Sb3+ + 3е = Sb	+ 0,200
Cu2+ /Cu	Cu2+ + 2е = Cu	+ 0,337
Ag+/ Ag	Ag+ + е = Ag	+ 0,799
Pd2+/ Pd	Pd2+ + 2е = Pd	+ 0,987