Вопрос 2. Электролиз. Основные схемы электролиза

Ответ: Химические реакции, протекающие под действием электрического тока, на электродах, помещённых в расплав, раствор или твёрдый электролит, называют электролизом.

Электролиз расплава хлорида натрия (платиновые электроды):

анод: Cl^— e= 1/2Cl2 (процесс окисления),

катод: Na⁺ + e= Na⁰ (процесс восстановления).

 

Суммарная реакция:

2NaCl = 2Na + Cl₂

Электролиз раствора хлорида меди (угольные электроды):

 

Анод: 2Cl^- - 2e = Cl₂

Катод: Cu²⁺ + 2e = Cu⁰.

 

Суммарная реакция:

2H₂O = 2H₂ + O₂

Аналогично происходит электролиз водного раствора нитрата калия (платиновые электроды)

Электролиз сульфата цинка (графитовые электроды):

Анод: 2H₂O -4e = O₂ + 4H⁺

Катод: Zn²⁺ + 2e = Zn⁰.

 

Суммарная реакция:

2ZnSO₄ + 2H₂O =2Zn + O₂+ 2H₂SO₄

 

 

Электролиз раствора сульфата меди(медные электроды)-электрохимическое рафинирование:

 

анод: Cu⁰ – 2e = Cu²⁺,

катод: Cu²⁺ + 2e = Cu⁰.

 

Концентрация сульфата меди в растворе остается постоянной. Процесс сводится к переносу материала анода на катод. Это и есть рафинирование.

При составлении схем электролиза той или иной соли нужно помнить следующее.

1. Катионы металлов, имеющие стандартный электродный потенциал (сэп) больший, чем у водорода (от меди по золото включительно), при электролизе практически полностью восстанавливаются на катоде.

2. Катионы, имеющие значение сэп меньшее, чем у водорода, но большее, чем у алюминия, при электролизе практически полностью восстанавливаются одновременно с водой.

3. Катионы, имеющие еще меньший сэп(от лития по алюминий включительно), не восстанавливаются на катоде, а вместо них восстанавливаются молекулы воды до водорода.

4. Если водный раствор содержит смесь катионов различных металлов, например Ag⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, то из этой смеси первым восстановится серебро, затем медь и последним железо.

5. На нерастворимом аноде в процессе электролиза происходит окисление анионов или молекул воды. Анионы S^2-, I^-, Br ^-, Cl^- окисляются легко. Если раствор содержит анионы кислородосодержащих кислот SO^2-, NO^-₃ , CO₃^2- , PO^3-₄, то на аноде окисляются молекулы воды до кислорода.

6. Если анод растворимый, то при электролизе он сам подвергается окислению, т.е. посылает электроны во внешнюю цепь. В результате смещается равновесие между электродом и раствором, и анод растворяется.

Ряд напряжений металлов:

 

Усиление восстановительной способности

 

Li, Cs, K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Pb, H₂, Cu, Ag, Hg, Pt, Au.

 

Усиление окислительной способности

 

 

Вопрос 3. К 200 г 35%-го раствора нитрата калия добавили 150 г воды. Определить концентрацию нитрата калия в новом растворе.

Ответ.

Дано: Найти:

m₁ (р-ра KNO₃) = 200 г, ω ₂(KNO₃) =?

ω ₁(KNO₃) = 35%,

m (H₂O) = 150 г.

 

Решение:

m(KNO₃) = 200*35/100 = 70 г,

m₂ (р-ра KNO₃) = 200 + 150 = 350 г,

ω ₂ (KNO₃) = (70/350) * 100 = 20%.

 

Ответ. ω ₂ (KNO₃) = 20%.