Записать реакции электролиза на инертных электродах и вычислить массу вещества, полученного на катоде и объем газа, выделившегося на аноде, при электролизе растворов электролитов, если время электролиза 20 минут, а сила тока I=2А, если выход по току Вт=100%. Какие вещества будут выделяться на электродах при замене инертного анода на металлический, указанный в задании?
№№ Электролит Металлический электрод
1 2 3
14 CuCl2 Cu
Решение
Электролиз на инертных электродах (инертные электроды в процессе не участвуют, не растворяются). В качестве инертного электрода можно использовать, например, графитовый.
В растворе хлорида меди (II) в электродных процессах могут участвовать ионы меди Cu2+, хлорид-ионы Cl- и молекулы воды.
На катоде возможны реакции:
(-) Катод: Cu2+ + 2e- → Cu0 ECu2+/Cu0= +0,337 В
2Н2О + 2e-→ H2↑ + 2OH- EH2O/OH-0= -0,82 В
Потенциал первой реакции выше, поэтому на катоде происходит процесс восстановления меди.
На аноде возможны следующие реакции:
(+) Анод: 2Cl- - 2e-→ Cl20ECl2/Cl-0= +1,359 В
2H2O – 4 ē → O2 + 4 H+EO2/H2O0= +1,23 В
Из-за высокого перенапряжения кислорода, на аноде происходит процесс окисления хлорид-ионов.
Таким образом, электролиз хлорида меди (II) протекает с образованием меди и хлора:
Cu2+ + 2Cl- электролиз Cu0 + Cl20↑
CuCl2электролиз Cu0 + Cl20↑ - в молекулярном виде
По закону Фарадея масса меди, выделившейся на катоде:
m(Cu) = MCu·I·tn∙F·ВТ , где
MCu – молярная масса меди, г/моль;
n- число электронов, участвующих в электродной реакции;
I – сила тока, А;
t – время электролиза, с;
F – постоянная Фарадея, Кл/моль;
ВТ – выход по току.
m(Cu) = 64·2·20·602∙96500 · 1 = 0,8 г (домножаем на 60 для перевода минут в секунды; Выход по току переводим из процентов в доли)
Объем хлора, выделившегося на аноде:
V(Cl2) = Vm·I·tn∙ F·ВТ, где
Vm – молярный объем газа, л/моль (при н.у