Типовая задача. Через раствор сульфата натрия Na2SO4 пропустили ток силой 2,5 А в течение 30 минут

Через раствор сульфата натрия Na₂SO₄ пропустили ток силой 2, 5 А в течение 30 минут. Написать уравнения электродных процессов, происходящих при электролизе (инертный анод) и указать какие продукты и в каком количестве были получены.

Решение. 1. Описываем электродные процессы.

Катод. На этом электроде осуществляется процесс восстановления. Катод при электролизе заряжен отрицательно, поэтому при наложении разницы потенциалов в пространство у катода будут поступать катионы натрия Na⁺, помимо них там будут присутствовать молекулы растворителя – воды.

 

Если система, в которой проводят электролиз, содержит несколько окислителей, то на катоде будет восстанавливаться тот, у которого значение электродного потенциала больше.

Воспользовавшись данными таблицы П.2, в приложении сравним электродные потенциалы возможных окислителей:

Na⁺ + e^- = Na φ ⁰= - 2, 71 B

2H₂O + 2 e^- = H₂ + 2OH⁻ φ ⁰= - 0, 41B

Потенциал первой системы значительно отрицательнее потенциала второй, поэтому на катоде будет происходить восстановление молекул воды с образованием водорода. Помимо этого, образовавшиеся гидроксид - ионы будут ассоциироваться с накопившимися в пространстве у катода катионами натрия.

Анод. На этом электроде идет процесс окисления. Анод при электролизе заряжен положительно, поэтому в ходе процесса в пространство у анода будут поступать сульфат - ионы SO₄²⁻ , помимо них там будут присутствовать молекулы растворителя – воды.

На аноде окисляется тот из восстановителей, стандартный электродный потенциал которого наименьший.

Сравним электродные потенциалы, которые характеризуют две рассматриваемые системы:

2H₂O = O₂ ↑ + 4H⁺ + 4e^- φ ⁰=1, 23 B

2SO₄²⁻ = S₂O₈^2- + 2e^- φ ⁰=2, 01 B

Исходя из этих значений, делаем вывод, что на аноде будет происходить окисление воды с образованием кислорода. Образующиеся протоны водорода будут ассоциироваться с накопившимися в пространстве у анода сульфат - ионами.

Таким образом, процессы, протекающие на электродах при электролизе раствора сульфата натрия, будут описываться следующими уравнениями:

 

(-) К: 2H2O + 2 e- = H2 ↑ + 2OH−	2
(+) А: 2H2O = O2 ↑ + 4H+ + 4e-	1
6 H2O = 2H2 ↑ + O2 ↑ + 4OH− - + 4H+

 

Записываем суммарное уравнение электролиза:

2Na⁺+SO₄²⁻ + 6 H₂O = 2H₂ ↑ + O₂ ↑ + 4Na⁺ + 4OH⁻ + 4H⁺ + 2SO₄²⁻

2. Количественное описание процесса электролиза выполняем с использованием математического выражения закона Фарадея:

 

или , где

 

m и V – масса и объем образовавшегося или подвергшегося превращению вещества, г, л;

m_Э и V_э – эквивалентная масса и эквивалентный объем этого вещества, г/моль, л/моль;

I – сила тока при электролизе, А;

t – время электролиза, с;

F – постоянная Фарадея, 96500 Кл/моль или 26, 8 А·ч.

 

Основными продуктами электролиза являются кислород и водород; определим объемы поученных газов.

 

 

Ответ:

Варианты заданий

Таблица 11

№	Раствор соли	Сила тока, А	Время электролиза, мин
1.	CrCl3	3, 5
2.	FeCl2	2, 5
3.	Na3PO4	2, 0
4.	Cu(NO3) 2	2, 0
5.	Cr2(SO4)3	1, 5
6.	Pb(NO3)2	2, 0
7.	MnCl2	4, 0
8.	AgNO3	4, 5
9.	Mn SO4	4, 0
10.	K2SO4	2, 5
11.	Zn(NO3) 2	6, 0
12.	CuCl2	2, 0
13.	NiCl2	5, 5
14.	FeCl3	4, 5
15.	ZnCl2	3, 0
16.	Ni(NO 3) 2	1, 5
17.	K2CO3	1, 5
18.	FeSO4	9, 0
19.	KNO2	6, 0
20.	Al(NO3) 3	2, 5
21.	AlCl3	8, 5
22.	SnCl2	3, 5
23.	CoSO4	2, 5
24.	Li 2 SO 3	1, 0
25.	KI	2, 5
26.	BaCl2	4, 0
27.	NaI	6, 5
28.	Cr(NO3) 3	5, 0
29.	Ni SO4	7, 0
30.	Na NO3	1, 5