Какое количество серебра выделится при электролизе

Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита. Эти процессы складываются из направленного движения ионов в растворе или расплаве электролита и реакций восстановления и окисления, происходящих на электродах

Электрод, на котором протекают процессы окисления, называется анодом, а электрод, на котором протекают процессы восстановления – катодом.

Потенциал анода всегда меньше потенциала катода. При электролизе анод заряжен положительно, катод – отрицательно.

При электролизе растворов электролитов на катоде возможны следующие реакции:

1) восстановление ионов металла Me n + + nē → Me;

2) восстановление ионов водорода в кислой среде

2Н + + 2ē → Н2 (φ 0 (2Н + /Н2) = 0,0 В);

3) восстановление молекул воды

Из возможных катодных процессов осуществляется тот, который характеризуется наибольшим значением электродного потенциала.

СНИМАЮ ПОСЕРЕБРЕНИЕ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ.

Из этого следует, что при электролизе растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжения после водорода, например, медь, серебро, золото и другие, на электроде восстанавливаются только ионы металла и выделяется металл. В нейтральных и щелочных растворах с рН ≥ 7 возможно выделение и тех металлов, электродные потенциалы которых выше -0,41 В. (Объяснение следует дальше)

Из растворов, содержащих смесь таких катионов, происходит последовательное выделение металлов в порядке уменьшения величины их электродных потенциалов.

Если в растворе находятся ионы металлов, стоящие в ряду напряжения до алюминия включительно (φ 0 (Аl 3+ /Al) = -1.66 В), например, натрий, литий, кальций и другие, то на катоде восстанавливается только вода.

Металлы, электродные потенциалы которых не сильно отличаются от водородного (находится в ряду напряжения металлов после алюминия), восстанавливаются на катоде одновременно с водой. При этом выделяется и металл, и водород. В зависимости от условий электролиза массовые соотношения металла и водорода могут быть различными, вплоть до выделения только одного металла или водорода.

При электролизе растворов электролитов на аноде могут протекать реакции окисления:

1) анионов кислотных остатков: An n — →An + nē;

2) гидроксид — анионов

4ОН — — 4ē →2Н2О + О2 (φ 0 (O2 + 2Н2O/4OH — ) = 0,4 B);

2Н2О — 4ē → О2 + 4Н + (φ 0 (O2 + 4Н + /2Н2O) = 1,23 B при рН = 7);

4) металла анода (растворимый анод)

Из возможных анодных процессов осуществляется тот, который характеризуется наименьшим значением электродного потенциала.

Характер анодных процессов зависит от природы используемого анода. Различают инертные и растворимые аноды. Первые изготовлены из малоактивных металлов, например, из платины, а также используют графитовые, угольные электроды. Материалом растворимых анодов является металл с потенциалом меньшим, чем потенциалы конкурирующих процессов, например, медь, цинк и другие.

Серебро. Электролиз посеребренки

При этом окислению подвергается материал анода. Так, при электролизе раствора сульфата меди (II) с медным анодом происходит растворение анода: Сu → Cu 2+ + 2ē. Это объясняется тем, что потенциал меди (φ 0 (Cu 2+ /Cu) = 0,34 B) меньше потенциалов окисления воды и сульфат — иона. В процессе электролиза с использованием растворимого анода металла анода в виде ионов переходит в раствор, затем они могут восстанавливаться на катоде. На этом основаны методы очистки металлов от примесей (электрохимическое рафинирование металлов), методы нанесения покрытий и прочее.

На инертных анодах (графитовый, угольный, платиновый) могут окисляться молекулы воды, гидроксид – ионы или ионы кислотных остатков.

На аноде в растворах кислородосодержащих кислот или их солей разряжается вода. Это связано с тем, что электродные потенциалы анионов кислородосодержащих кислот имеют большие значения, чем потенциал окисления воды. Например, 2SO4 2- — 2ē → S2O8 2- (2,01 В). Аналогично ведут себя фторид-ионы (φ 0 (F2/2F — ) = 2,87 B).

Ионы Cl — , Br — , J — , S 2- разряжаются из не очень сильно разбавленных растворов.

2Сl — → Cl2 + 2ē, φ 0 (Cl2/2Cl — ) = 1,36 B,

2Br — → Br2 + 2ē, φ 0 (Br2/2Br — ) = 1,065 B,

2J — → J2 + 2ē, φ 0 (J2/2J — ) = 0,54 B,

S 2- → S + 2ē, φ 0 (S/S 2- ) = -0,51 B,

В связи с перенапряжением реакции выделения кислорода на аноде идёт окисление ионов хлора, хотя его потенциал больше потенциала окисления воды.

При электролизе растворов щелочей на аноде происходит окисление гидроксид-ионов, т.к. этот процесс характеризуется наименьшим потенциалом.

ПРИМЕР 1: Составьте схемы электролиза раствора NiCl2 (анод угольный).

ОТВЕТ: На катоде могут разряжаться вода и катионы никеля. Т. к. величина потенциала никеля (φ 0 (Ni 2+ /Ni) = -0,25 В) близка к значению потенциалу восстановления воды, на катоде будут восстанавливаться и ионы металла, и вода. Конкурирующими анодными реакциями являются окисление воды и окисление хлорид – иона, на аноде окисляется ион хлора (объяснение смотрите выше).

Схема электролиза раствора NiCl2

Ni 2+ + 2ē → Ni 2Cl — -2ē → Cl2

Общая реакция электролиза хлорида никеля (II) –

ПРИМЕР 2: В чём состоит различие процессов электролитического разложения раствора сульфата меди на угольном и медном анодах?

ОТВЕТ: На катоде могут разряжаться вода и катионы меди. Так как потенциал восстановления катионов меди (II) больше потенциала восстановления воды, восстанавливаться будут ионы меди.

Конкурирующими анодными реакциями (угольный анод) являются окисление воды и окисление сульфат – иона.

Так как φ 0 (S 2O8 2- /2SO4 2- ) > φ 0 (O2 + 4Н + /2Н2O), следовательно, на аноде окисляется вода.

Схема электролиза раствора CuSO4 на угольном аноде

Сu 2+ + 2ē → Cu 2Н2О — 4ē → О2 + 4Н +

При использовании медного анода окислению подвергается материал анода — медь, в результате чего анод будет растворяться.

Схема электролиза раствора CuSO4 на медном аноде

Сu 2+ + 2ē → Cu Сu — 2ē → Cu 2+

Следовательно, электролиз растворов сульфата меди (II) на угольном и растворимом аноде отличаются анодными процессами. При электролизе на инертном аноде окисляется вода, образуя кислород и кислоту, в случае растворимого анода данные процессы происходить не будут.

Процессы, протекающие при электролизе, подчиняются законам Фарадея.

I. Масса электролита, подвергшаяся превращению при электролизе, а также массы образующихся веществ прямо пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит.

где m — масса (г) образовавшегося, или подвергшегося превращению вещества;

q – количество электричества, прошедшего через электролит (Кл),

где J – сила тока, А; t – время, с.

k – электрохимический эквивалент.

Электрохимический эквивалент численно равен массе вещества, выделяемого 1 Кл электричества.

где МЭ – молярная масса эквивалента, г/моль-экв;

F – постоянная Фарадея, равная 96500 Кл.

Постоянная Фарадея – это количество электричества, необходимое для осуществления электрохимического превращения одного моль эквивалента вещества.

Подставив все параметры, получим выражение:

II. При электролизе различных электролитов равные количества электричества выделяют на электродах массы веществ, пропорциональные их эквивалентным массам.

ПРИМЕР 3: Рассчитайте массы веществ, образовавшихся на электродах при электролизе раствора сульфата меди (II) (на инертном аноде) при пропускании тока силой 10 А в течение 30 минут.

ОТВЕТ: Схема электролиза раствора сульфата меди (II) на угольном аноде рассмотрена в примере 4. Суммарное уравнение электролиза раствора CuSO4:

На катоде образуется медь, на аноде – кислород. Для определения масс меди и кислорода воспользуемся первым законом Фарадея.

MЭ (Cu) = 63,55/2 = 31,78 г/моль-экв

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

121. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): K2SO4; NiCl2. При электролизе какого из предложенных вам веществ выделяется кислород? Сколько кислорода выделится при электролизе током силой 30 А в течение 1,5 часов?

122. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): NaOH; AgNO3. При электролизе, какого из предложенных вам веществ выделяется водород? Сколько водорода выделится при электролизе током силой 25 А в течение одних суток?

123. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): H2SO4; CaCl2. Сколько грамм серной кислоты подвергнется электролитическому разложению в течение 20 мин под действием тока силой 120 А?

124. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): NaNO3; SnCl2. Какое соединение образуется на катоде при электролизе нитрата натрия? Найдите его массу, если электролиз протекал 2 часа с силой тока 100 А.

125. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): CuSO4; FeCl2. Сколько грамм меди выделится на электроде при пропускании через раствор электролита заряда 241,25 Кл?

126. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): HCl; Cr(NO3)2. Рассчитайте силу тока, который выделит 50 г водорода из раствора HCl в течение 20 мин.

127. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): KOH; CuCl2. Найдите силу тока, с которой проводят электролиз раствора CuCl2, массой 16,79 г, в течение 20 мин.

128. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): AgNO3; CoCl2. Определите массу серебра, выделившегося на катоде при пропускании через раствор нитрата серебра тока силой 50 А в течение 50 мин.

129. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): BeCl2; CdSO4. Рассчитайте электрохимический эквивалент хлорида бериллия.

130. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): HNO3; CuBr2. При электролизе какого из предложенных вам соединений образуется водород? Определите объём водорода, если электролитическое разложение проводят током силой 200 А в течение 2 часов.

131. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): Ca(OH)2; NiCl2. Какое количество электричества необходимо для электрохимического превращения 34 г гидроксида кальция?

132. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): PtCl2; Sn(NO3)2. Как долго нужно проводить электролиз для получения 19,5 г платины, если сила тока составляет 120 А?

133. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): CuCl2; FeSO4. В течение какого времени осуществляется электролитическое разложение 38 г хлорида меди, содержащихся в растворе? Сила тока равна 65 А.

134. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): Ba(OH)2; NaCl. При электролизе какого из предложенных вам соединений образуется кислород? Определите объём кислорода, если электролитическое разложение проводят током силой 40 А в течение 1 часа.

135. Составьте схемы электролиза растворов веществ (на угольных анодах): MnBr2; Ni(NO3)2. Определите электрохимические эквиваленты веществ, образующихся на катоде при электролизе нитрата никеля(II).

136. Cоставьте схемы электролизов раствора AgNO3, протекающих на угольном и растворимом серебряном анодах. В чём будет заключаться различие? Определите массу серебра, выделившегося на катоде при пропускании тока силой 100 А в течение 30 мин через раствор AgNO3?

137. Cоставьте схемы электролиза растворов Zn(NO3)2, протекающих на угольном и растворимом цинковом анодах. В чём будет заключаться различие? Определите объём газа выделившегося на катоде при пропускании тока силой 50 А в течение 10 мин через раствор Zn(NO3)2?

138. Cоставьте схемы электролиза растворов NiCl2, протекающих на угольном и растворимом никелевом анодах. В чём будет заключаться различие? Какой заряд нужно пропустить через раствор хлорида никеля (угольный анод), чтобы подвергнуть превращению 0,325г хлорида никеля?

139. Cоставьте схемы электролиза растворов Ti(NO3)2, протекающих на угольном и растворимом титановом анодах. В чём будет заключаться различие? Определите силу тока, пропускаемого через раствор Ti(NO3)2 в течение 20 мин, если объём газа, выделившегося на аноде, составляет 2,79 л (угольный анод)?

140. Cоставьте схемы электролиза растворов CoCl2, протекающих на угольном и растворимом кобальтовом анодах. В чём будет заключаться различие? Рассчитайте электрохимический эквивалент выделившегося на аноде продукта (электролиз проводят на угольном аноде).

Источник: studopedia.su

Количество вещества, выделенного при электролизе, прямо пропорционально количеству электричества, прошедшему через раствор

Количество различных веществ, выделенных одним и тем же количеством электричества, прямо пропорционально их молярным массам электрохимических эквивалентов.

Оба закона Фарадея можно выразить общей формулой:

mв = Mэк (В) ∙ I ∙ τ = Mэк (В) ∙ Q = , (4)

где: mв – масса окисленного или восстановленного вещества B, г;

Мэк (В) – мо­лярная масса электрохимических эквивалентов вещества В, г/Кл;

I – сила тока, А; τ – время, с; Q = I∙ τ –количество электричества, Кл;

Мэк(В) – молярная масса эквивалентов вещества В, г/моль.

Количество образовавшихся веществ можно рассчитать, используя законы электролиза по формуле (4):

а) масса выделившегося водорода

= = = 2,238 г; M = 1,0 г/моль;

б) масса выделившегося хлора

= = = 79,46 г; M = 35,5 г/моль;

в) масса образовавшегося в растворе гидроксида магния

Пример 6. Какое количество кислорода выделяется на аноде при электро­лизе водного раствора сульфата меди, если на катоде выделяется 35 г меди?

Решение. В соответствии с законом М. Фарадея на электродах окисляется или восстанавливается эквивалентное количество веществ.

Определяем эквивалентное количество меди, выделившейся на катоде:

nCu = = = 1,101 моль; = = = 31,77 г/моль;

Если на катоде выделилось 1,101 моль меди, то на аноде выделится 1,101моль кислорода ( = 8 г/моль), тогда mO = nO ∙ = 1,101∙8 = 8,808 г.

Пример 7. Определите время, необходимое для получения 150 г металлического натрия при электролизе расплава хлорида натрия, если сила тока 2000 А. а выход по току m = 55%. Сколько литров хлора при этом образуется? Условия счи­тать нормальными.

Решение. При электролизе расплава хлорида натрия NaCl на электродах проте­кают процессы:

К(–): 2Na + + 2 ē = 2Na.

При электролизе количество восстановленного или окисленного вещества всегда меньше, чем должно получиться согласно законам Фарадея. Это объясняется тем, что наряду с основными электродными процессами окисления и восста­новления протекают побочные процессы, например, реакция взаимодействия об­разовавшегосявещества с электродом или электролитом или выделение, наряду с металлом, водорода и др. Поэтому дляучета той части прошедшего через элек­тролитэлектричества, которая расходуется на получение желаемого продукта, введено понятие «выход по току». Выход по току μ – отношение массы полученного вещества в данных условиях электролиза к массе, теоретически вычислен­ной на основании закона Фарадея:

Время, необходимое для получения 150 г металлического натрия, определя­ем по формуле (5):

= = 572,13 c; = 23,0 г/моль;

Объем хлора: = = 73,043 л.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

241. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекаю­щих на кобальтовых электродах (с учетом перенапряжения) при электролизе водного раствора соли NiSO4 в стандартных условиях, при активности ионов никеля = 1 моль/л (среда кислая, рН < 7), температуре 298 K, плотности тока i = 10 А/м 2 , = + 2,01 В.

242. Один из способов промышленного получения кальция – электролиз расплава CaCl2 . Какая масса металла будет получена, если известно, что в результате электролиза выделился хлор объемом 896 л при нормальных условиях?
Ответ: 1,6 кг.

243. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекаю­щих на электродах из золота (с учетом перенапряжения) при электролизе вод­ного раствора соли NaBr в атмосфере воздуха, при активности ионов натрия = 1 моль/л (среда нейтральная, рН = 7), температуре 298 K, плотности тока i = 10 А/м 2 .

244. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов и рассчитай­те теоретический потенциал разложения водного раствора NiSO4 при электро­лизе на платиновых электродах при стандартных условиях (среда кислая, рН < 7), = + 2,01 В.

Ответ: UT = 1,479 B.

245. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекаю­щих на кобальтовых электродах (с учетом перенапряжения) при электролизе водного раствора соли в стандартных условиях, при активности ионов кальция = 1 моль/л (среда кислая, рН < 7), температуре 298 K, плотности тока i = 10 А/м 2 .

246. Какой промежуток времени (мин) следует пропускать ток силой 0,5 А через раствор AgNO3 до выделения 0,27 г серебра?

247. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекающих на кадмиевых электродах (с учетом перенапряжения) при электролизе водного раствора соли СuSО4 в стандартных условиях, при активности ионов меди = 1 моль/л (среда кислая, рН < 7), температуре 298 K, плотности тока i = 10 А/м 2 , = + 2,01 В.

248. При электролизе расплава KCl на катоде выделился калий массой 7,8 г. Оп­ределите объем хлора, который выделился на аноде при нормальных условиях.
Ответ: 2,24 л.

249. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекающих на графитовых электродах (с учетом перенапряжения) при электролизе водного раствора соли NaF в атмосфере воздуха, при активности ионов натрия =1 моль/л (среда нейтральная, рН = 7), температуре 298 K и плотности тока i = 10 А/м 2 .

250. При электролизе водного раствора AgNO3 в течение 50 мин и силе тока 3А на катоде выделилось 9,6 г серебра. Определите выход по току.

251. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекаю­щих на медных электродах (с учетом перенапряжения) при электролизе водного раствора соли NiCl2 в атмосфере воздуха, при активности ионов никеля = 1 моль/л (среда кислая, рН < 7), температуре 298 K, плотности токаi = 10 А/м 2 .

252. При электролизе раствора AgNO3 с инертными электродами (условия стандартные) на аноде выделился кислород массой 12 г. Какая масса серебра обра­зовалась при этом?

253. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекаю­щих на железных электродах (с учетом перенапряжения) при электролизе водного раствора соли CdSO4 в атмосфере воздуха, при активности ионов кадмия = 1 моль/л (среда кислая, рН < 7), температуре 298 K и плотности тока i = 10 A/м 2 .

254. Вычислите массу серебра, выделившегося на катоде при пропускании тока силой 6 А через раствор AgNO3 в течение 30 мин.

255. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекаю­щих на медных электродах (с учетом перенапряжения) при электролизе водно­го раствора соли KI в атмосфере воздуха, при активности ионов калия = 1 моль/л (среда кислая, рН < 7), температуре 298 K, плотности тока i = 10 А/м 2 .

256. При электролизе водного раствора Сr2(SО4)3 током силой 2 А масса катода увеличилась на 8 г. Определите промежуток времени, в течение которого про­водили электролиз.

257. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекаю­щих на кобальтовых электродах (с учетом перенапряжения) при электролизе водного раствора щелочи КOH в атмосфере воздуха, при активности ионов калия = 1 моль/л (среда щелочная, рН > 7), температуре 298 K, плотности тока i = 10 А/м 2 .

258. Через раствор соли Ni(NO3)2 в течение 2,45 часов пропускали ток силой 3,5 А. Определите, на сколько граммов за это время уменьшилась масса нике­левого анода.

259. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекаю­щих на никелевых электродах (с учетом перенапряжения) при электролизе водного раствора соли Cr2(SO4)3 в атмосфере воздуха, при активности ионов хрома = 1 моль/л (среда щелочная, рН > 7),температуре 298 K, плотности тока i =10 A/м 2 , = + 2,01 В.

260. При рафинировании меди током 25А за 4 часа выделяется 112 г меди. Рас­считайте выход по току.

Источник: megaobuchalka.ru

Из раствора соли серебра полностью выделяется серебро при электролизе в течение 30 мин, если ток равен 3 А. Какой ток необходим, чтобы исходная концентрация раствора уменьшилась вдвое в течение 10 мин

Готовое решение: Заказ №8404

Тип работы: Задача

Статус: Выполнен (Зачтена преподавателем ВУЗа)

Предмет: Химия

Дата выполнения: 01.09.2020

Цена: 228 руб.

Чтобы получить решение , напишите мне в WhatsApp , оплатите, и я Вам вышлю файлы.

Кстати, если эта работа не по вашей теме или не по вашим данным , не расстраивайтесь, напишите мне в WhatsApp и закажите у меня новую работу , я смогу выполнить её в срок 1-3 дня!

Описание и исходные данные задания, 50% решения + фотография:

Из раствора соли серебра полностью выделяется серебро при электролизе в течение 30 мин, если ток равен 3 А. Какой ток необходим, чтобы исходная концентрация раствора уменьшилась вдвое в течение 10 мин?

Решение:

Рассчитаем массу серебра в растворе по закону Фарадея:

• Для определения алюминия навеску массой 0,2000 г после соответствующей обработки растворили в 200 мл, отобрали в две колбы по 20,00 мл, во вторую колбу добавили 5,00 мл 5*10–4 М раствора AlCl3
• Определить концентрацию цинка (мг/л) в растворе, если при амперометрическом титровании 10,00 мл раствора свежеприготовленным раствором K4[Fe(CN)6] с титром по цинку 0,0244 г/мл при Е = -1,46 В
• Навеску руды 1,0000 г растворили. Из раствора экстрагировали рений толуолом в присутствии метилового фиолетового. Экстракты собрали в мерную колбу, довели объем до 50 мл
• Общая характеристика метода инверсионной вольтамперометрии Аналитические возможности, применение метода.

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

В случае копирования материалов, указание web-ссылки на сайт natalibrilenova.ru обязательно.

Источник: natalibrilenova.ru