При электролизе водного раствора нитрата никеля (II) на катоде выделился металл массой 14,75 г. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах. Определите объем газа (н. у.), выделившегося на аноде.
Дано:
Электролиз раствора Ni(NO3)2
m(Me) = 14,75г
Найти: V(газа) - ?
Решение
Стандартный потенциал никеля φ °( Ni 2+/Ni) = - 0,25 В
При электролизе солей металлов, электродные потенциалы которых находятся между потенциалами алюминия и водорода, на катоде восстанавливаются одновременно и катионы металлов, и молекулы воды
На катоде одновременно восстанавливаются катионы никеля и молекулы воды:
К: Ni 2+ + 2ē = Ni
2H2O + 2ē = H2↑ + 2OH-
При электролизе водных растворов, содержащих анионы кислородосодержащих кислот (CO3 2‒ , NO3 ‒ , SO4 2‒ , PO4 3‒ ), на аноде окисляются молекулы воды:
А: 2Н2О ‒ 4ē = О2↑ + 4Н+
Вычислим объем кислорода, который выделился на аноде:
Согласно второму закону Фарадея, в последовательно соединенных электролизерах отношение масс выделившихся на электродах веществ равно отношению их эквивалентных масс, для нашего примера можно записать:
m(Ni) Мэ(Ni) = V(O2)Vэ(O2)
Выразим из формулы объем кислорода:
V(O2) = mNi∙ Vэ(O2) Мэ(Ni)
Молярная масса эквивалента никеля равна:
MЭ = fЭ · М
Ni 2+ + 2ē = Ni
Один атом никеля отдает 2 электрона, следовательно, 1ē соответствует ½ частицы и fЭ(Ni) = ½
MЭ = fЭ · М
М(Ni) = 58,7 г/моль – молярная масса марганца
MЭ = fЭ · М = ½ ∙ М( Ni) = ½ ∙ 58,7г/моль = 29,35 г/моль – молярная масса эквивалента
Эквивалентный объем кислорода равен:
VЭ = fЭ · Vm
Vm = 22,4 л/моль – молярный объем кислорода
2Н2О ‒ 4ē = О2↑ + 4Н+
VЭ = fЭ · Vm = 14 ∙ 22,4 л/моль = 5,6 л/моль
Вычислим объем кислорода:
V(O2) = mNi∙ Vэ(O2) Мэ(Ni) = 14,75 ∙ 5,629,35 = 2,81 л
Ответ