Электролиз
Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, протекающий при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита.
Пример 1. Какая масса меди выделится на катоде при электролизе раствора СuSO4 в течение 1 часа при силе тока 4 А?
Решение. Согласно законам Фарадея:
m = 
, (1)
где т - масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде;
Э - эквивалентная масса вещества;
I - сила тока. А;
t - продолжительность электролиза, с.
Эквивалентная масса меди в СuSO4 равна 63,54 : 2 = 31,77 г/моль. Подставив в формулу (1) значения Э = 31,77 г/моль, I = 4 А, t = 60×60 = 3600 с, получим:
m = 
= 4,74 г
Пример 2. Вычислите эквивалентную массу металла, зная, что при электролизе раствора хлорида этого металла затрачено 3880 Кл электричества и на катоде выделяется 11,742 г металла.
Решение. Из формулы (1):
Э = 
= 29,35 г/моль,
где т = 11,742 г; I×t = Q = 3880 Кл.
Пример 3. Чему равна сила тока при электролизе раствора в течение 1 ч 40 мин 25 с, если на катоде выделилось 1,4 л водорода (н.у.)?
Решение. Из формулы (1):
I = 
Так как дан объем водорода, то отношение т/Э заменяем отношением Vн2/Vэ(н2) где Vн2 - объем водорода, л; Vэ(н2) - эквивалентный объем водорода, л. Тогда I = Vн2×96500/ Vэ(н2)×t.
Эквивалентный объем водорода при н.у. равен половине молярного объема 22,4/2== 11,2 л. Подставив в приведенную формулу значения Vн2 = 1,4 л, Vэ(н2) = 11,2 л, t = 6025 c (1 ч 40 мин 25 с), находим I = 1,4×96500/11,2×6025 = 2 А.
Пример 4. Какая масса гидроксида калия образовалась у катода при электролизе раствора K2SO4, если на аноде выделилось 11,2 л кислорода (н. у.)?
Решение. Эквивалентный объем кислорода (н.у.) 22,4/4 = 5,6 л. Следовательно, 11,2 л содержат две эквивалентные массы кислорода. Столько же эквивалентных масс КОН образовалось у катода, или 56,11×2 = 112,22 г (56,11 г/моль - мольная и эквивалентная масса КОН).
10.1 Контрольные вопросы
181. Электролиз раствора K2SO4 проводили при силе тока 5А в течение 3 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде, аноде? Ответ: 5,03 г; 6,266 л; 3,133 л.
182. При электролизе соли некоторого металла в течение 1,5 ч при силетока 1,8 А на катоде выделилось 1,75 г этого металла. Вычислите эквивалентную массу металла. Ответ: 17,37 г/моль.
183. При электролизе раствора CuSO4 на аноде выделилось 168 см3 (н.у.) газа. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, и вычислите, какая масса меди выделилась на катоде. Ответ: 0,953 г.
184. Электролиз раствора Na2SO4 проводили в течение 5 ч при силе тока 7 А. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде? Ответ: 11,75 г; 14,62 л; 7,31 л.
185. Электролиз раствора нитрата серебра проводили при силе тока 2А в течение 4 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса серебра выделилась на катоде и каков объем газа (н.у.), выделившегося на аноде? Ответ: 32,20 г; 1,67 л.
186. Электролиз раствора сульфата некоторого металла проводили при силе тока 6 А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделилось 5,49 г металла. Вычислите эквивалентную массу металла. Ответ; 32,7 г/моль.
187. Насколько уменьшится масса серебряного анода, если электролиз раствора АgNO3 проводить при силе тока 2 А в течение 38 мин 20 с? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах. Ответ: 4.47 г.
188. Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, в результате чего выделилось 6 л кислорода (н.у.). Составьте уравнения электродных процессов и вычислите силу тока. Ответ: 5,74 А.
189. Электролиз раствора СuSO4 проводили с медным анодом в течение 4 ч при силе тока 50 А. При этом выделилось 224 г меди. Вычислите выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной). Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах в случае медного и угольного анода. Ответ: 94,48%.
190. Электролиз раствора NaI проводили при силе тока 6 А в течение 2,5 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах и вычислите массу вещества, выделившегося на катоде и аноде.
Ответ: 0,56 г; 71,0 г.
191. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора AgNO3. Если электролиз проводить с серебряным анодом, то его масса уменьшается на 5,4 г. Определите расход электричества при этом. Ответ: 4830 Кл.
192. Электролиз раствора СuSO4 проводили в течение 15 мин при силе тока 2,5 А. Выделилось 0,72 г меди. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах в случае медного и угольного анода. Вычислите выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной). Ответ: 97,3%.
193. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе расплавов и водных растворов NаС1 и КОН. Сколько литров (н.у.) газа выделится на аноде при электролизе гидроксида калия, если электролиз проводить в течение 30 мин при силе тока 0,5 А? Ответ: 0,052 л.
194. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе раствора КВr. Какая масса вещества выделяется на катоде и аноде, если электролиз проводить в течение 1 ч 35 мин при силе тока 15 А? Ответ: 0,886 г; 70,79 г.
195. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора СuCl2. Вычислите массу меди, выделившейся на катоде, если на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.).
Ответ: 1,588 г.
196. При электролизе соли трехвалентного металла при силе тока 1,5 А в течение 30 мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислите атомную массу металла. Ответ: 114,82.
197. При электролизе растворов МgSO4 и ZnС12, соединенных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделилось 0,25 г водорода. Какая масса вещества выделится на другом катоде? на анодах? Ответ: 8,17 г; 2,0 г; 8,86 г.
198. Составьте электронныеуравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора Na2SO4. Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде, если на аноде выделяется 1,12 л газа (н.у.). Какая масса Н2SO4 образуется при этом возле анода? Ответ: 0,2 г; 9,8 г.
199. При электролизе раствора соли кадмия израсходовано 3434 Кл электричества. Выделилось 2 г кадмия. Чему равна эквивалентная масса кадмия? Ответ: 56,26 г/моль.
200. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН. Чему равна сила тока, если в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 газа? Сколько литров газа (н.у.) выделилось при этом на катоде? Ответ: 17,08 А; 8,96 л.