Ток пропускается через ряд водных растворах: AgNO3, FeCl3 и H2SO4. В последовательно включенном кулонометре отложилось 0,2 г серебра. Какие продукты и в каком количестве выделяются на катоде? Сколько кулонов электричества прошло через растворы.
Решение
Окислительно-восстановительные процессы, протекающие на электродах при пропускании электрического тока через раствор или расплав электролита, называются электролизом. При этом на катоде происходит процесс восстановления, а на аноде − процесс окисления.
В соответствии с экспериментальными данными для катодного восстановления при электролизе водных растворов электролитов сформулированы качественные правила для электролиза разбавленных растворов солей, которые учитывают тот факт, что в растворе соли, кроме ее собственных ионов, имеются ионы и молекулы самой воды (Н2О, Н+,ОН-), которые также могут участвовать в электролизе.
Катодные процессы.
1. Катионы металлов, стоящих в ряду напряжений до Al, и сам Аl не разряжаются на катоде; в этом случае на катоде восстанавливаются молекулы воды по уравнению 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН-
2. Катионы металлов, находящихся в ряду напряжений после Al до Cd (φ0 = -0,41В), разряжаются параллельно с водородом: Меn+ + nе = Ме0 , 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН-
3. Ионы благородных и малоактивных металлов, потенциал которых больше φ0 = - 0,41В, разряжаются в первую очередь, и разряд ионов водорода или молекул воды не происходит: Меn+ + nе = Ме0.
Анодные процессы. Анионы также можно расположить в ряд по возрастанию восстановительной активности: F-, NO3-, SO42-, OH-, Cl-, Br-, I-, S2-
.
Однако порядок разрядки также не полностью подчиняется этому ряду. Поэтому сформулированы следующие правила:
1. Простые анионы Cl- , Br- , S2- и др. (кроме F- ) на аноде разряжаются сами: 2Cl- -2ē = Cl2
2. Сложные анионы (SO42-, NO3- и т.д.) и F- на аноде не разряжаются, происходит окисление воды: 2Н2О − 4ē = O2 + 4Н+ , (φ0 = +1,23 В).
Переходим к решению основной задачи:
Рассмотрим электролиз раствора азотнокислого серебра.
Электролитическая диссоциация: AgNO3 = Ag+ + NO3- .
Серебро – благородный металл, стоящий в ряду напряжений после водорода, разряжается на катоде;
Поскольку для процесса Ag+ + ē = Ag0; φ0 = +0,789В, то на катоде будет происходить восстановление ионов серебра:
Процесс на катоде
К–: 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН- φ0 = - 0,828В
Ag+ + ē = Ag0 φ0 = +0,789В процесс восстановления
Процесс на аноде
А+: 2Н2О − 4ē = O2 + 4Н+ φ0 = +1,228В процесс окисления
Суммарное уравнение:
4AgNO3 + 2H2O 4Ag + O2↑ + 4HNO3
Рассмотрим электролиз раствора хлорида железа (III).
Электролитическая диссоциация: FeCl3 = Fe3+ + 3Cl- .
Железо – металл средней активности, поэтому идет параллельное разряжение с водородом
Процесс на катоде
К–: Fe3+ + 3e- → Fe0 φ0 = - 0,037В процесс восстановления
2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН- φ0 = - 0,828В
Процесс на аноде
А+: 2Cl- -2ē → Cl2↑ φ0 = +1,359В процесс окисления
Суммарное уравнение:
4FeCl3 + 6H2O 2Fe0 + 6Cl2↑ + 3H2↑ + 2Fe(OH)3
Составим схему электролиза водного раствора серной кислоты.
В растворе происходит диссоциация кислоты:
H2SO4 → 2Н+ + SO42-
Процесс на катоде
К–: 2Н+ + 2е → Н2 φ0 = 0В процесс восстановления
Процесс на аноде
А+: 2Н2О − 4ē = O2 + 4Н+ φ0 = +1,228В процесс окисления
Суммарное уравнение:
4Н+ + 2Н2О → 2Н2 + O2 + 4Н+
2H2O 2H2↑ + O2↑
Т.е электролиз водного раствора серной кислоты сводится к электролизу воды, что способствует увеличению концентрации кислоты в электролизере
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
