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 φ⁰= - 2,71 B

2H₂O + 2 e^- = H₂ + 2OH⁻ φ⁰= - 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^- φ⁰=1,23 B

2SO₄²⁻ = S₂O₈^2- + 2e^- φ⁰=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:

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