Электролиз с растворимым анодом

При электролизе водных растворов с растворимым анодом необходимо учитывать металл анода, так как он будет принимать участие в электродной реакции. Если потенциал металла отрицательнее потенциала гидроксо – группы, то на аноде будет идти растворение металла. В случае, когда величины потенциалов металла и гидроксо – группы близки, процесс растворения металла может проходить одновременно с выделением кислорода.

Пример 2.

Напишите уравнения процессов, протекающих на кадмиевых электродах, при электролизе водного раствора сернокислого кадмия и рассчитайте выход вещества по току на катоде, если при прохождении через электролит 1 фарадея электричества выделилось 28 г металла.

Ионный состав электролита:

.

При распределении ионов по электродам надо учитывать, что кадмиевый анод относится к растворимым электродам. К кадмиевому аноду будут перемещаться отрицательно заряженные сульфат – ионы и ионы гидроксила. То есть на аноде будут присутствовать три частицы: Анион на аноде не окисляются, поэтому остаются две частицы и Находим их потенциалы в приложении и выбираем частицу с более отрицательным потенциалом, которая будет окисляться на аноде в первую очередь.

(в нейтральной среде).

Сравнивая эти два потенциала видим, что более отрицательный потенциал у кадмия, то есть кадмиевый анод будет растворяться:

.

К катоду из раствора будут перемещаться положительно заряженные ионы водорода и ионы кадмия с соответствующими потенциалами:

(в нейтральной среде).

Так как их потенциал близки, и кадмий относится ко второй группе окислителей таблицы стандартных потенциалов, то на катоде будут происходить два восстановительных процесса:

 

.

Выход металла по току рассчитываем по формуле:

Массу теоретически выделившегося кадмия рассчитывают по первому закону Фарадея:

,

где Q – количество электричества, прошедшие через электролит, равное 1 Фарадею или 96500 кулон; F– число Фарадея, равное 96500 кулонов; – молярная масса эквивалента кадмия, которую рассчитывают по формуле:

= A(Cd)/B (Cd) =112/2 = 56г/моль.

Тогда масса кадмия теоретически будет равна:

.

Выход кадмия по току:

.

Пример 3.

Сколько граммов едкого калия образовалось у катода при электролизе раствора если на аноде выделилось 11,2 л кислорода измеренного при н.у.? Напишите уравнения электродных процессов.Электроды инертные.

Ионный состав электролита:

.

Под действием приложенного напряжения к положительно заряженному аноду будет притягиваться отрицательно заряженному анионы и из воды; к катоду – катионы калия и водорода. На аноде пойдет процесс окисления воды, так как анионы окисляться не будут:

.

 

На катоде пойдет процесс восстановления воды, так как потенциал калия –2,92 В более отрицательный, чем водорода (-0,41В), и из раствора восстанавливаться не будет:

.

По второму закону Фарадея можно записать:

 

 

то есть число эквивалентов вещества, выделившегося при электролизе у одного электрода, равно числу эквивалентов вещества, выделившегося у другого электрода.

Объем эквивалента кислорода при н.у. равен 5,6 л, эквивалент едкого калия можно рассчитать по формуле:

г/моль.

Тогда масса образовавшегося около катода едкого калия будет равна:

г.

Пример 4.

Какие реакции протекают на электродах при электролизе раствора сульфата цинка с цинковым анодом.

Ионный состав электролита:

.

К цинковому аноду будут притягиваться отрицательно заряженные частицы из раствора: и ионы гидроксила , образующиеся при диссоциации воды так же необходимо учесть потенциал самого анода , так как цинковый анод растворимый.

.

Так как ионы не окисляются на аноде и потенциал цинка более отрицательный, чем потенциал окисления из воды, то на цинковом аноде происходит только процесс растворения цинка:

,

Так как цинк относится ко второй группе окислителей – его потенциал близок потенциалу восстановления водорода (в нейтральной среде), на катоде будут протекать две реакции: восстановление цинка и восстановление ионов водорода из воды:

 

Контрольные задания

 

161*. Напишите уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водного раствора BaCl2с угольными электродами. Что такое поляризация в процессах электролиза? Какие виды поляризации вы знаете и каковы причины их возникновения?

162*. При электролизе водного раствора SnCl2на аноде выделилось 4,43 литра Cl2(условия нормальные). Какое вещество и в каком количестве выделилось на катоде? Напишите схему электролиза.

163*. Напишите уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водного раствора FeCl3с инертным анодом. Какова последовательность окисления ионов и молекул на аноде при электролизе солей различных типов?

164*. Какой объем кислорода (н.у.) выделится при пропускании тока силой 6 А в течение 30 мин через водный раствор KOH? Напишите схему электролиза водного раствора KOH.

165*. Напишите уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водного раствора Ca(NO3)2с инертными электродами. Какова последовательность восстановления ионов и молекул на катоде при электролизе солей различных типов?

166*. При какой силе тока можно получить на катоде 0,5 г никеля, подвергая электролизу раствор NiSO4в течение 25 мин? Напишите схему процесса электролиза.

167*. При электролизе раствора хлорида двухвалентного металла на аноде выделилось 560 мл газа (условия нормальные), а на катоде за это же время выделилось 1,6 г металла. Какой это металл? Напишите схему электролиза раствора соли.

168*. Какая масса серебра выделится при пропускании тока силой 6 А через раствор нитрата серебра в течение 30 мин? Напишите схему процесса электролиза раствора нитрата серебра.

169. При прохождении через раствор соли трехвалентного металла тока силой 1,5 А в течение 30 мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Определите атомную массу металла.

170*. При электролизе водного раствора Cr2(SO4)3 током силой 2 А масса катода увеличилась на 8 г. В течение какого времени проводили электролиз? Напишите схему процесса электролиза.

 

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

Примеры решения задач

 

Коррозия – это разрушение металлов в результате его физико-химического взаимодействия с окружающей средой. При этом металлы окисляются и образуются продукты коррозии. Различают химическую коррозию и электрохимическую.

Химическая коррозия –характерна для сред, не проводящих электрический ток. При химической коррозии происходит прямое гетерогенное взаимодействие металла с окислителем окружающей среды. По условиям протекания различают:

а) газовую коррозию–в газах, обычно при высокой температуре, при действии на металл, сухого газа, например , и др.

б) коррозию в растворах неэлектролитов – агрессивных органических жидкостях, например, сернистая нефть.

Электрохимическая коррозия характерна для сред, имеющих ионную проводимость. При электрохимической коррозии процесс взаимодействия металла с окислителем включает анодные растворения металла и катодные восстановления окислителя внешней среды. Окислителями при этом служат молекулы кислорода , растворенные в воде, хлора , ионы водорода , , и др. Электрохимическая коррозия может протекать:

а) в электролитах водных растворах солей, кислот, щелочей, морскою воды;

б) в атмосфере любого влажного газа;

в) в почве.

Механизм электрохимической коррозии заключается в следующем.

На анодных участках коррозирующего металла протекает процесс анодного окисления металла:

.

На катодных участках протекает процесс катодного восстановления окислителей.

Наиболее часто при коррозии наблюдается восстановление кислорода:

В нейтральной или щелочной среде

В кислой среде

и выделение водорода

.

Кроме анодных и катодных реакций при электрохимической коррозии происходит движение электронов в металле и ионов в электролите, в котором металл находится. Протекают вторичные химические реакции. Например, взаимодействие ионов металла, образующихся на анодных участках, с гидроксид–ионами, образующихся в результате катодных процессов:

где –является продуктом коррозии металла.

Процессы электрохимической коррозии подобны процессам, протекающим в гальванических элементах. Основным отличием процессов электрохимической коррозии является отсутствие внешней цепи. Электроны в процессе коррозии не выходят из корродирующего металла, а движутся внутри металла.

Коррозия – процесс самопроизвольный, и энергия Гиббса реакций имеет отрицательно значения. Так как , возможность протекания коррозии может быть установлена по знаку ЭДС элемента. Если ЭДС имеет положительное значение > 0) то коррозия, возможна. Так как ЭДС равна разности потенциалов окислителя и восстановителя то коррозия возможна при условии, что потенциал окислителя положительнее потенциала металла:

>