Рішення завдань, пов’язаних з написанням електрохімічних процесів, що відбуваються в гальванічних елементах, при роботі акумулятора, в процесі корозії

ЛПЗ_3.2

 Тема : Рішення завдань, пов’язаних з написанням електрохімічних процесів, що відбуваються  в гальванічних елементах, при роботі акумулятора, в  процесі корозії

Мета : навчити студентів розраховувати ЕРС гальванічних елементів. Складати схеми гальванічних елементів.

Приклад 1. У якому напрямку піде реакція Cu+2AgNO₃ = Cu(NО₃)₂+2Ag в гальванічному елементі, стандартна ЕРС якого дорівнює 0,46 В? Висновок зробіть на підставі розрахунку ΔG° цієї реакції.

Розв’язок

1. Запишемо рівняння електродних процесів, що відбуваються в гальванічному елементі:

(А): Сu⁰ -2e^- = Cu²⁺

(K): 2Ag⁺ +2e^- = 2Ag⁰

2. Обчислимо величину енергії Гіббса цієї реакції:

Так як у окисно-відновному процесі брали участь 2 електрони, z=2; число Фарадея F = 96 485 Кл.

 кДж/моль

Оскільки значення енергії Гіббса негативне (ΔG<0), можливе протікання прямої реакції.

Відповідь: можливе протікання прямої реакції.

Приклад 2. Які метали не можна одержати шляхом електролізу водних розчинів їх солей? Чому? Скільки кулонів електричного струму потрібно пропустити через розчин CuSO₄, щоб виділити 1 г міді?

Розв’язок

При електролізі водних розчинів на катоді відбувається відновлення елементів у вільному стані. В залежності від значення електродного потенціалу можливе відновлення металів чи водню. Метал, який має електродний потенціал більш негативний, ніж потенціал іонів водню, на катоді відновлюватися не буде. В цьому випадку відбуватиметься відновлення водню. В нейтральному середовищі водневий потенціал дорівнює -0,41 В. Отже, за цих умов не можливо одержати шляхом електролізу метали, які розташовані від початку ряду напруг і до титану, тому що їх потенціал є більш негативним.

Для розв’язку задачі скористаємося І та ІІ законами Фарадея: 

;               ;            звідки:

де m – маса металу, Q – кількість струму, Е – еквівалентна маса  речовини, F – число Фарадея.

1.  Знайдемо еквівалентну масу міді:

                    г/моль

2. Обчислимо кількість струму, необхідну для відновлення 1г міді (знаючи, що число Фарадея F= 96 485 Kл) :

Відповідь: 3 015 Кл

Приклад 3.Записати схему електролізу водного розчину хлориду натрію. Електроліз водного розчину NaCl

При електролізі розчинів солей слід враховувати наявність в розчині води яка під впливом електричного струму дисоціює на катіон водню Н⁺ та аніон гідроксогрупи ОН^-

Е (2Н⁺/Н₂) = -0,41В                 Е(4ОН^- / О₂ + 2Н₂О)= 1,229 В

Електроліз розчину хлориду натрію NaCl

                      NaCl Û Na⁺ + Cl^-                            H₂O Û H⁺ + OH^-

 Катод                                                               Анод

Na⁺ + 1e à Na⁰     Е = -2,714В                             2Cl^- - 2e à Cl₂⁰                    Е= 1,358В

2H⁺ + 2e à H₂        Е=-0,41В                                4 OH^- - 4e à O₂ + 2H₂O      Е = 1,220В

Виходячи з відомих закономірностей

на катоді будуть в першу чергу розряджатися той катіон, що має менш негативне значення – водень 2H⁺ + 2e à H₂       

на аноді по правилам розряджатися повинні іони ОН , але існує явище перенапруги, яка не дозволяє гідроксильним іонам першими розряджатися на аноді таким чином на аноді буде відбуватися процес 2Cl^- - 2e à Cl₂⁰

Приклад 4.Записати схему електролізу розплаву хлориду калію.

Розглянемо процес електролізу розплаву KCl Іони, що утворюються в розплаві електроліту внаслідок електролітичної дисоціації під впливом електричного струму рухаються до електродів: Катіони – до катоду (-) Аніони –до аноду (+ ) KCl Û K+ + Cl-        Катод                                    Анод K+ + 1e à K0           2Cl- - 2e à Cl20

3. Довідковий матеріал : Ряд стандартних електродних потенціалів

4. Запитання для самоперевірки.

1. Гальванічний елемент складається з Zn в 0,1М розчині Zn(NO₃)₂ та Pb в 0,01М розчині Pb(NO₃)₂. Визначити ЕРС даного гальванічного елементу,  записати електрохімічні процеси на катоді та на аноді
2. Струм силою 2,5 А пропускають крізь розчин електроліту на протязі 30 хв. Спостерігають виділення 2,77 г металу. Визначити метал , якщо валентність металу = 2.
3. Складіть рівняння електродних процесів, що відбуваються при електролізі розчину нітрату міді (ІІ) з інертним анодом.
4. Скласти схеми двох гальванічних елементів, в яких Сu був би анодом , а в іншому – катодом. Розрахувати ЕРС цих гальванічних елементів, де концентрації солей = 1 М.Записати електрохімічні процеси на аноді та на катоді.
5. Струм силою 6 А пропускають крізь розчин сірчаної кислоти на протязі 1,5 години. Визначити об’єми газів, що виділяються на катоді та на аноді.
6. Складіть рівняння електродних процесів, що відбуваються при електролізі розчину хлориду міді (ІІ) з інертним анодом.