Химия \ Химия

Коррозионные процессы. Составление гальванического элемента, страница 3

Но, кроме того, в растворе присутствуют молекулы воды, которые тоже могут восстанавливаться на катоде или окисляться на аноде (в зависимости от значений стандартных электродных потенциалов катионов и анионов, образующихся в результате диссоциации соли).

Катионы калия и других металлов, стоящих в ряду напряжений левее алюминия, никогда не восстанавливаются на катоде, поэтому разряжаться будет вода. На аноде никогда не окисляются анионы кислородсодержащих кислот, поэтому также окисляется вода.

Уравнение реакции электролиза раствора фосфата калия:

Катод (-): 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН-  | 2

Анод (+): 2H2O – 4e- = 4H+ + O2     | 1

-------------------------------------------------6Н2О = 2Н2 + 4ОН- + 4Н+ + О2

2Н2О = 2Н2 + О2

Таким образом, протекает электролиз воды с выделением водорода на катоде и кислорода на аноде. Фосфат калия же служит для обеспечения электропроводимости раствора.

Для нахождения количества газов, выделившихся на электродах, используем закон Фарадея, согласно которому количество вещества, образующегося на электроде, равно:

n = I*Δt/zF, где n – количество вещества (моль), I – сила тока (А), Δt – время электролиза (с), z – число электронов, F = 96 500 Кл·моль−1 – постоянная Фарадея

Время электролиза, выраженное в секундах, равно 321,6 * 60 с = 19 296 с

Итак, n(H2) = (10 А * 19296 с) : (2*96500 Кл/моль-1) = 1 моль

Согласно уравнению реакции, количество вещества кислорода, образующегося при электролизе воды, вдвое меньше количества вещества водорода, т.е. n(O2) = 0,5n(H2) = 0,5 моль.

(при желании можно рассчитать количество вещества кислорода по формуле Фарадея).

Ответ: на катоде выделился 1 моль водорода, а на аноде – 0,5 моль кислорода.

6.  При электролизе водного раствора хлорида кобальта (CoCl2) на аноде образовалось 11,2 л газообразного вещества. Определить, какой это газ, какое вещество и в каком количестве образовалось на катоде. Какое количество электричества (в числах Фарадея) было при этом израсходовано?

Решение:

Хлорид кобальта диссоциирует в водном растворе на катионы кобальта и хлорид-анионы:

CoCl2 → 2Co2+ + 2Cl-

Катионы кобальта пойдут к отрицательно заряженному электроду – катоду, а хлорид-анионы – к положительному электроду – аноду.

Но, кроме того, в растворе присутствуют молекулы воды, которые тоже могут восстанавливаться на катоде или окисляться на аноде (в зависимости от значений стандартных электродных потенциалов катионов и анионов, образующихся в результате диссоциации соли).

Кобальт находится в ряду напряжений правее алюминия, но левее водорода, поэтому его катионы восстанавливаются на катоде одновременно с водой. На аноде будут окисляться хлорид-анионы.

Уравнение реакции электролиза водного раствора хлорида кобальта:

Катод (-):    Со2+ + 2е- = Со

2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН- 

Анод (+):    2Cl- - 2e- = Cl2     | 2

-------------------------------------------------Со2+ +  4Cl- + 2Н2О = Со + Н2 + 2Cl2 + 2OH-

2Со2+ +  4Cl- + 2Н2О = Со + Н2 + 2Cl2 + 2Co2+ + 2OH-

СоCl2 + 2Н2О = Со + Н2 + 2Cl2 + Co(OH)2

Таким образом, в результате электролиза водного раствора хлорида кобальта

на аноде образуется газообразный хлор в количестве 0,5 моль (n(Cl2 = V/Vm = 11,2 л : 22,4 л = 0,5 моль);

на катоде выделяются газообразный водород и металлический кобальт в количестве по 0,25 моль (согласно уравнению реакции, количество вещества кобальта и водорода вдвое меньше количества вещества хлора – см. коэффициенты);

в растворе образуется гидроксид кобальта (2).

Для нахождения количества электричества используем закон Фарадея: масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна количеству электричества Q, прошедшему через электролит, если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I:

m = k*Q = k*I*Δt

Коэффициент пропорциональности ~k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он пропорционален отношению молярной массы М иона к его заряду z:

k = 1/F * M/z

~F — постоянная Фарадея (96 500 Кл·моль−1)

Таким образом, закон Фарадея можно записать следующим образом:

m = M*Q / (z*F), или m/M = Q/(z*F),

илиn = Q/(z*F)

Отсюда, количество электричества в числах Фарадея, необходимое для выделения на аноде 0,5 моль  хлора, равно:

Q/F = z*n  = 2*0,5 = 1F

(в данном случае z = 2, т.к. для окисления до молекулярного хлора нужны 2 хлорид-аниона с зарядом -1).

Скачать файл