Составьте схемы электролиза (уравнения электродных процессов, молекулярное уравнение электролиза) водных растворов солей. Рассчитайте ЭДС поляризации при электролизе растворов этих солей с платиновым (инертным) анодом.
Дано: ZnCl2.
Ответ
при рН = 7 ЭДСполяризации = 1,773 В; при рН = 12,9 ЭДСполяризации = 2,122 В.
Решение
В растворе хлорид цинка диссоциирует на ионы:
ZnCl2 ↔ Zn2+ + 2Cl-
В катодном пространстве находятся Zn2+, Н2О
Е0(Zn2+/Zn) = - 0,763 В;
Е0(2Н2О/Н2 + 2ОН-)рН = 7 = -0,414 В.
Перенапряжение выделения водорода на платиновом катоде равно 0,0 В.
Так как Е0(2Н2О/Н2 + 2ОН-) > Е0(Zn2+/Zn), то первоначально на катоде начинается выделение водорода:
К : 2Н2О + 2е → Н2 + 2ОН-.
По мере накопления в растворе ионов ОН- среда становится щелочной
. В тот момент, когда Е(2Н2О/Н2 + 2ОН-) = - 0,059∙рН = -0,763 (рН = 12,9) начинается восстановление цинка:
К: Zn2+ + 2е → Zn.
В анодном пространстве находятся Cl-, Н2О.
Е0(Cl2/2Cl-) = +1,359 В;
Е0(О2 + 4Н+/2Н2О)рН = 7 = +0,815 В;
η(О2/Pt) = +0,81 В.
С учетом величины перенапряжения кислород на поверхности платинового анода выделяется при потенциале, равном
Е(О2 + 4Н+/2Н2О)рН = 7 = 0,815 + 0,81 = 1,625 В.
Е0(Cl2/2Cl-) < Е(О2 + 4Н+/2Н2О)рН = 7, поэтому на платиновом аноде при электролизе нейтрального водного раствора хлорида цинка выделяется хлор:
А: 2Cl- - 2е → Cl2
Суммарное уравнение электролиза водного раствора хлорида цинка:
2ZnCl2 + 2H2O = H2 + Zn + Zn(OH)2 + 2Cl2
ЭДС поляризации равна
ЭДСполяризации = Еанода - Екатода.
В начальный момент (рН = 7)
ЭДСполяризации = 1,359 – (-0,414) = 1,773 (В).
Через некоторое время, когда в результате накопления в катодном пространстве ионов ОН-, рН стал равен 12,9, ЭДС поляризации равна
ЭДСполяризации = 1,359 – (-0,763) = 2,122 (В).
Ответ: при рН = 7 ЭДСполяризации = 1,773 В; при рН = 12,9 ЭДСполяризации = 2,122 В.