Какое количество электричества в кулонах и ампер часах потребуется для полного выделения никеля из раствора

Электролиз водного раствора NiSO4 идет по схеме
NiSO4 ↔ Ni2+ + SO42-
Е0(Ni2+/Ni0) = -0,250 В.
В кислой среде на катоде может одновременно происходить два процесса:
К) Ni2+ + 2е → Ni0 и 2Н2О + 2е → Н2 + 2ОН-.
В нейтральной среде (рН = 7) потенциал восстановления молекул воды равен -0,42 В, то есть в нейтральной воде на катоде идёт только процесс восстановления никеля
К) Ni2+ + 2е → Ni0.
Е0(S2O82-/SO42-) = + 2,01 В.
Молекулы воды начинают окисляться при Е0(4Н+ + О2/2Н2О) = + 1,23 В, поэтому на аноде идёт только процесс окисления воды:
А) 2Н2О – 4е → О2 + 4Н+.
Вторичный процесс:
2Н+ + SO42- ↔ Н2SO4.
Суммарное уравнение электролиза водного раствора NiSO4:
2NiSO4 + 2Н2О = 2Ni0 + О2 + 2Н2SO4.
Количественно электролиз описывает закон Фарадея:
m=MЭ∙QF,
где т – масса выделившегося никеля, г;
МЭ – молярная масса эквивалента никеля, равна 1/2 молярной массе никеля, так как в катодном процессе участвуют 2 электрона:
МЭ = 58,70 : 2 = 29,35 г/моль;
Q – количество электричества, затраченное на выделение никеля, Кл;
F – постоянная Фарадея, 96500 Кл.
Выразим из уравнения количества электричества:
Q = т∙F:МЭ;
Найдем массу никеля, которая содержится в 30,9 г NiSO4.
Молярная масса М(Ni) = 58,70 г/моль;
Молярная масса М(NiSO4) = 58,70 + 32,06 + 16,00∙4 = 154,76 г/моль.
Составляем пропорцию:
В 154,76 г NiSO4 содержится 58,70 г Ni;
в 30,9 г NiSO4 содержится т г Ni.
т = 30,9∙58,70 : 154,76 = 11,72 (г).
Q = 11,72∙96500 : 29,35 = 38534 (Кл).
Кулон = А∙с, чтобы перевести Кулон в А∙ч, надо найденное количество электричества умножить на 3600 (число секунд в 1 часе).
38534 Кл = 1,39∙108 А∙ч.
Массу серной кислоты вычислим по закону Фарадея:
m(H2SO4)=MЭ∙QF,
где т – масса образовавшейся серной кислоты, г;
МЭ – молярная масса эквивалента Н2SO4, равна 1/2 молярной массе Н2SO4, так как в образовании 1 молекулы кислоты участвуют 2 электрона:
МЭ = (1,01∙2 + 32,06 + 16,00∙4) : 2 = 49,04 г/моль;
Q – количество электричества, затраченное в процессе электролиза, 38534 Кл;
F – постоянная Фарадея, 96500 Кл.
mH2SO4=49,04∙3853496500=19,58 (г).
Объём кислорода, который выделяется на аноде, равен
V(O2)=VЭ∙QF,
где VЭ – эквивалентный объём кислорода, равен 1/4 молярного объёма кислорода, так как для выделения 1 моль О2 требуется 4 моль электронов:
VЭ = 22,4 : 4 = 5,6 л;
Q – количество электричества, затраченное в процессе электролиза, 38534 Кл;
F – постоянная Фарадея, 96500 Кл.
VO2=5,6∙3853496500=2,24 (л).
Если на катоде идут два конкурирующих процесса и выделяются и никель, и водород, то для вычисления объёма выделившегося водорода необходимо знать выход по никелю