Примеры решения типовых задач

Пример 1. Рассчитайте количество меди, выделенное на катоде при электролизе раствора CuSO₄ в течение 1 ч при силе тока 4 А.

Решение. Катодный процесс: Cu²⁺ + 2 Cu. Количество меди рассчитываем по уравнению закона Фарадея (3.1):

Пример 2. Рассчитайте силу тока при электролизе раствора в течение 1 ч 40 мин 25 с, если на катоде выделилось 1,4 л водорода, измеренного при нормальных условиях.

Решение: Катодный процесс: 2 Н₂О + 2 ↔ Н₂ + 2ОН^-.

Величину тока рассчитываем из уравнения (3.2) по формуле

Пример 3. Вычислите, какая масса КОН образовалась у катода при электролизе водного раствора K₂SO₄, если на аноде выделилось 1,2 л кислорода, измеренного при нормальных условиях.

Решение: Электролиз раствора K₂SO₄ протекает по следующей схеме:

К₂SO₄ + Н₂О

↑↓

(-)K (Pt) 2 K⁺ + SO₄² (+) A (Pt)

(-) К: 2 Н₂О + 2 ↔ Н₂ + 2 ОН^- (+) А: 2 Н₂О ↔ O₂ + 4 H⁺+ 4

2 Н₂О ↔ 2 Н₂ + O₂

Решение: Объем моля эквивалентов кислорода (н.у.) равен 22,4: 4 = 5,6 л. Следовательно, 11,2 л кислорода составляет 2 моль эквивалентов. Столько же, т.е. 2 моль эквивалентов КОН, образовалось у катода или 56,11 2 = 112,22 г (56,11 г – масса 1 моль эквивалентов КОН).

Пример 4. Рассчитайте, сколько граммов чистой соли необходимо для получения 71 г хлора электролизом водного раствора NaCl (выход по току 100 %).

Решение: Электролиз раствора NaCl протекает по следующей схеме:

2 NaCl + 2 Н₂О

↑↓

(-)K (Pt) 2 Na⁺ + 2 Cl (+) A (Pt)

(-) К: 2 Н₂О + 2 ↔ Н₂ + 2 ОН^- (+) А: 2 Cl ↔ Cl₂ + 2

2 NaCl + 2 Н₂О Н₂ + Cl₂ + 2 NaОН

Масса 1 моля эквивалентов хлора равна 71: 2 = 35,5 г. Следовательно, 71 г хлора составляет 2 моль эквивалентов. Столько же, т.е. 2 моль эквивалентов NaCl необходимо взять для электролиза или 58,5 2 = 117 г (58,5 г – масса 1 моль эквивалентов

NaCl) при = 100%.

Пример 5: Вычислите массу разложившейся воды и объемы водорода и кислорода при н.у., выделившихся на электродах, при электролизе водного раствора Н₂SО₄ током силой 10 А в течение 1 ч.

Решение: Электролиз водного раствора Н₂SО₄ записывается следующими уравнениями:

(+) К: 4 Н⁺ + 4 ↔ 2 Н₂ ↑

(-) А: 2 Н₂О ↔ О₂ ↑+ 4Н⁺ + 4

2 Н₂О ↔ 2 Н₂ ↑ + О₂ ↑

Используя объединенное выражение законов Фарадея (3.2), рассчитаем объемы водорода и кислорода:

,

.

Рассчитав эквивалентный объем кислорода при н.у. (V_Э = = 5,6 л/моль экв), определяем число моль эквивалентов кислорода, выделившегося на аноде:

^.

Согласно закону эквивалентов такое же количество моль эквивалентов, т.е. 0,373 моль экв., разложилось воды. Зная молярную массу эквивалентов Н₂О, рассчитаем ее массу:

.

Пример 6: Рассчитайте толщину слоя цинка, выделившегося в течение 30 мин на железном катоде площадью 800 см² при электролизе раствора ZnCl₂ силой тока, равной 2,5 А. Коэффициент выхода по току составил 0,8. Плотность цинка = 7,15 г/см³.

Решение: В соответствии с уравнением (4.1)

_Zn = 2•10^{-3 мм.}

Вопросы и задачи для самоконтроля

1.Укажите продукты, выделяемые на инертных электродах при электролизе водного раствора Н₂SO₄:

Н₂ и О₂; Н₂ и S; О₂ и SО₂; Н₂ и SО₂.

Составьте уравнения соответствующих электродных процессов.

2.Какой вид имеет уравнение процесса, протекающего на инертном аноде, при электролизе водного раствора хлорида?

1) 2 Н₂О = O₂ + 4 H⁺+ 4 ; 2) 2 Cl - 2 = Cl₂;

3) 4 ОН^- - 4 = 4 ОН^-; 4) О₂ + 2 Н₂О + 4 = 4 ОН^-.

3.Какой вид имеет уравнение процесса, протекающего на инертном аноде, при электролизе водного раствора KI?

1) 2 Н₂О =O₂ + 4 H⁺+ 4 ; 2) 2 I - 2 = I₂;

3) 4 ОН^- - 4 = 4 ОН^-; 4) О₂ + 2 Н₂О + 4 = 4 ОН^-.

4.Укажите металлы, которые нельзя получить электролизом водного раствора их солей:

Cu; Na; Ag; Ca

5.Укажите металл, который можно получить электролизом водного раствора его соли

Cu; Na; Са; К

6.Рассмотрите процессы, протекающие на графитовых электродах при электролизе расплава и водного раствора NaCl.

7.Рассмотрите процессы, протекающие на графитовых электродах при электролизе расплава и водного раствора NaОН.

8.Вычислите массу разложившейся воды и объемы водорода и кислорода при н.у., выделившихся на электролизе водного раствора КОН током силой 10 А в течение 1,5 ч.

9.Вычислите коэффициенты выхода по току веществ, если при электролизе водного раствора NaI током 5 А в течение 2 ч на катоде и аноде выделилось соответственно 0,30 и 46 г веществ.

10.Рассчитайте, какое количество электричества должно пройти через раствор в электролизере, чтобы получить 100 г NaOH? Коэффициент выхода по току считать равным единице.

11.При электролизе раствора соли трехвалентного металла при

силе тока 2 А в течение 1 ч на катоде выделилось 2,57 г металла. Вычислите его атомную массу, если коэффициент выхода по току составил 0,9.

12.При электролизе раствора соли двухвалентного металла при силе тока 2 А в течение 1 ч на катоде выделилось 2,5 г металла. Вычислите его атомную массу, если коэффициент выхода по току составил 0,9.

13.Рассчитайте, какое количество электричества должно пройти через раствор в электролизере, чтобы получить 100 г Na₂SO₄? Коэффициент выхода по току считать равным единице.

14.При электролизе соли некоторого металла в течение 1,5 ч при силе тока 1,8 А на катоде выделилось 1,75 г металла. Вычислите эквивалентную массу металла.

15.При электролизе водного раствора CuSO₄ на аноде выделилось 168 см³ газа (н.у.). Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, и вычислите, какая масса меди выделилась на катоде.

16.Электролиз водного 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 электродах?

17.Электролиз водного 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?

18.Электролиз водного раствора сульфата некоторого металла проводили при силе тока 6А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделилось 5,49 г металла. Вычислите эквивалентную массу металла.

19.Электролиз водного 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.

20.Электролиз водного раствора CuSO₄ с медным анодом проводили в течение 3 ч при силе тока 5А. В процессе электролиза выделилось 224 г меди. Вычислите выход по току. Составьте уравнения процессов, происходящих на электродах в случае медного и угольного анодов.

21.Электролиз водного раствора NaI проводили при силе тока 6А в течение 2,5 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах, и вычислите массу вещества, выделившегося на катоде и аноде.

22.Электролиз водного раствора CuSO₄ проводили в течение 3 ч при силе тока 5А в течение 15 мин. В процессе электролиза выделилось 0,72 г меди. Составьте уравнения процессов, происходящих на электродах в случае медного и угольного анодов. Вычислите выход по току.

23.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе водного раствора KOH. Сколько литров (н.у.) газа выделится при электролизе гидроксида калия, если электролиз проводить в течение 30 мин при силе тока 0,5А.

24.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе водного раствора KBr. Какая масса вещества выделяется на катоде и аноде, если электролиз проводить в течение 1 ч 35 мин при силе тока 15А.

25.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе водного раствора СuСl₂. Определите, какая масса меди выделится на катоде, если на аноде выделилось 500 мл газа (н.у.).

26.При электролизе соли трехвалентного при силе тока 1,5 А в течение 30 мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислите атомную массу металла.

27.При электролизе водных растворов солей MgSO₄ и ZnCl₂, соединенных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделилось 0,25 г водорода. Какая масса вещества выделится на другом катоде; на анодах?

28.Приведите анодные и катодные процессы при рафинировании чернового никеля, содержащего примеси цинка и меди. Укажите последовательность выделения катодных и анодных процессов?

29.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе водного раствора Na₂SO₄. Вычислите массу вещества, выделенного на катоде, если на аноде выделилось 1,12 л газа (н.у.). Рассчитайте, какая масса Н₂SO₄ образуется при этом у анода?

30.Рассмотрите процессы, протекающие на инертных электродах при электролизе водного раствора Nа₂SO₄.

31. Рассчитайте, какое количество электричества должно пройти через раствор в электролизере, чтобы получить 100 г NaOH? Коэффициент выхода по току считать равным единице.

32.При электролизе раствора соли кадмия израсходовано 3434 Кл электричества. При этом выделилось 2 г кадмия. Вычислите эквивалентную массу кадмия.

33. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора КОН. Чему равна сила тока, если в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г газа. Рассчитайте, сколько литров газа (н.у.) выделилось при этом на катоде?

34.Рассмотрите анодные и катодные процессы, происходящие при анодировании алюминия.

35.Приведите анодные и катодные процессы при рафинировании черновой меди, содержащей примеси цинка, никеля, железа. Укажите последовательность выделения катодных и анодных процессов?

36.Определите толщину слоя цинка, выделившегося в течение 10 мин на железном катоде площадью 500 см² при электролизе водного раствора ZnCl₂ с растворимым анодом силой тока, равной 2 А. Коэффициент выхода по току составил 0,9. Плотность цинка равна 7,15 г/см³.

37.Постянный ток проходит через три последовательно соединенных электролизера, в каждом из которых находятся водные растворы следующих электролитов: в первом – NiSO₄, втором - Fe₂(SO₄)_3, третьем - FeCl₂. Определите массы выделившихся на катодах металлов, если на аноде последнего электролизера выделилось 1,12 л Сl₂, измеренных при н.у.

38.Будут ли отличаться по составу продукты электролиза расплава и водного раствора CaCl₂? Приведите анодные и катодные процессы в обоих случаях.

Дата добавления: 2015-12-08