Примеры решения задач. Пример 1.Металлический предмет поверхностью 100 см2 требуется покрыть никелем слоем в 0,3 мм

Пример 1. Металлический предмет поверхностью 100 см² требуется покрыть никелем слоем в 0,3 мм. Плотность никеля 9,0 г/см³. Сколько времени требуется пропускать ток силой 3 А, если 10% тока теряется в аппарате?

Решение.

1. Определим массу никеля, необходимую для покрытия:

г.

2. По закону Фарадея найдем необходимое количество электричества:

Кл.

3. При силе тока в 3 А потребуется время электролиза:

.

4. Учтем 10% возможных потерь:

t ¢ = 9 ч 8 мин.

Пример 2. Раствор, содержащий 1,139·10^–3 г ионов серебра в 1 см³, подвергался электролизу между серебряными электродами. После электролиза методом титрования пробы было установлено, что 20,09 см³ анодной жидкости содержит 0,03966 г ионов серебра. За время электролиза в присоединенном последовательно кулонометре отложилось 0,0321 г серебра. Найдите числа переноса ионов Ag⁺ и NO₃^–. Изменится ли концентрация раствора в среднем пространстве?

Решение. Составим материальный баланс изменения концентрации для анодного пространства при прохождении через раствор 96 500 Кл (1 F) электричества:

(–) Ag| AgNO₃(aq) | AgNO₃(aq) | AgNO₃(aq)|Ag (+)

катод катодное среднее анодное анод

пространство пространство пространство

В данном случае анод растворяется за счет электрохимической реакции

Ag →Ag⁺ + е ^–

В анодное пространство из среднего диффундируют ионы NO₃^– и переносят молярную массу эквивалента t _– (г/моль). В среднее пространство диффундируют из анодного пространства ионы серебра и уносят молярную массу эквивалента t₊ (г/моль).

Материальный баланс для анодного пространства раствора

+l Ag⁺ – t₊ Ag ⁺ + t _–NO₃ = + t _– AgNO₃.

Из уравнения следует, что при пропускании одного Фарадея электричества, содержание азотнокислого серебра в анодном пространстве увеличится на t _- молей.

Изменение молярной массы эквивалентов ионов серебра в анодном пространстве составит

моль.

Общее количество электричества пропущенного через раствор пропорцио­нально количеству серебра, выделенного в серебряном кулонометре за время электролиза

кулонов

Тогда можно составить пропорцию, из которой можно определить число переноса аниона.

При пропускании одного Фарадея (96500 к) электричества, содержание азотнокислого серебра в анодном пространстве увеличится на t _- молей, а при пропускании q = 28,95 к электричества, содержание азотнокислого серебра в анодном пространстве увеличилось на 1,566 10^-4 молей. Отсюда:

Число переноса катиона Ag+ находим по разности

t ₊ = 1 – t _– = 1 – 0,522 = 0,478.

Материальный баланс для среднего пространства показывает, что концентрация раствора в среднем пространстве за время электролиза не изменится:

– t ₊ Ag⁺ + t _– NO₃^– + t₊ Ag⁺ – t _– NO₃^– = 0.

Пример 3. После электролиза раствора CdCl₂ (с массовой долей хлорид-ионов 0,2020%) с растворимым кадмиевым анодом и платиновым катодом, 33,59 г раствора анодного пространства содержало ионы хлора, масса которых равна 0,0802 г. В серебряном кулонометре за это время выделилось серебро массой 0,0666 г. Найдите числа переноса Сd²⁺ и Cl^–.

Решение. Рассчитаем, чему равно изменение массы хлорид-ионов для анодного пространства при пропускании 1 F электричества.

(–)Pt |CdCl₂(aq) | CdCl₂(aq) | CdCl₂(aq) |Cd (+)

катод катодное среднее анодное анод

пространство пространство пространство

Электрохимическая реакция на аноде

Cd → Cd ²⁺ + 2 е^–

Молярная масса эквивалента ионов в анодном пространстве изменится за счет:

растворения анода на +1(½Сd²⁺)

ухода в среднее пространство

катионов на – t ₊(½ Сd²⁺)

прихода из среднего пространства

анионов на + t _– (Cl^-)

Материальный баланс для анодного пространства раствора

+1(½ Сd²⁺) – t ₊(½ Сd²⁺) + t _– (Сl^-) = + t _– (½ СdCl₂) г/моль.

Масса хлорид-ионов до электролиза в 33,59 г анодной жидкости равна

Изменение молярной массы хлорид-ионов в анодном пространстве составит

г.

Число пропущенных фарадеев электричества равно

Число переноса хлорид-ионов находим по соотношению:

= 0,563.

Число переноса катиона Cd²⁺ находим по разности

t ₊ = 1 – t _– = 1 – 0,563 = 0,437.

Вопросы для самоконтроля

1. Сколько и каких продуктов можно получить в результате про­пускания тока силой 10 А через электролизер в течение часа, если электролизер заполнен:

а) расплавом иодида серебра;

б) разбавленным водным раствором иодида серебра.

2.Для калибровки шкалы амперметра, имеющей100 делений, исполь­зовали газовый кулонометр, включенный последовательно с амперметром. Силу тока в цепи установили равной 50 делениям амперметра. За 100 с электролиза в кулонометре выделилось 9,47 см³ смеси газов (объем замерен при температуре 20°С и давлении 9,87.10⁵ Па). Чему равна цена деления амперметра?

3. Число переноса для иона цинка в растворе ZnCl₂ равно 0,4. Через раствор хлористого цинка пропускается ток 0,167 А в течение 50 минут. Электроды платиновые. Найдите убыль концентрации ZnCl₂ в граммах в катодном и анодном слоях раствора.

4. Составьте схему процессов, протекающих на катоде и на аноде при электролизе раствора CuSO₄, если оба электрода: а) платиновые; б) медные.

5. Ток, силой 0,2 А пропускается 300 с через раствор H₂SO₄. Каков объем выделившихся Н₂ и О₂ при 300 К и давлении 1,013.10⁵ Па, если выход по току составляет 80 %?

6. По какому уравнению и как можно рассчитать ? Рассчитайте для электролита Na₂SO₄.