Электролиз водного раствора КВr
Ионы калия обладают меньшей окислительной способностью, чем вода. Поэтому на катоде происходит восстановление воды, а на аноде – окисление брома, которые обладают большей восстановительной способностью, чем вода.
катод K + , HOH; 2H2O + 2e → H2 + 2OH – в-е, о-ль PH > 7
анод Br – , HOH; 2Br – – 2e = Br2 о-е, в-ль
катионы активного металла калия, которые не восстанавливаются на катоде, накапливаются в прикатодном пространстве.
В целом процесс выражается уравнением
4. Электролиз водного раствора СuCl2.
В растворе хлорид меди (II) диссоциирует на ионы: CuCl2 « Cu 2+ + 2Cl –
Значение стандартного электродного потенциала меди (0,34В) положительно, следовательно, ионы меди(II) будут легко восстанавливаться в водных растворах: катод (-) Сu 2+ + 2e ® Сu .
Хлорид -анионы, как и многие анионы бескислородных кислот, окисляются в водных растворах: анод (+) 2 СI – -2e® С12
Суммарное уравнение процесса:
1 2 Cl – – 2e ® Cl2 o-e, в-ль; В
1 Cu 2+ + 2е ® Cu в-е, о-ль; В
Задача 503
Вычислить массу серебра, выделившуюся на катоде при пропускании тока силой 6А через раствор нитрата серебра в течение 30 мин.
Соотношения между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, выделившегося при электролизе, были открыты английским физиком М. Фарадеем в 30-х годах XIX века.
Первый закон. Количества веществ, превращенных при электролизе, пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит.
Второй закон. При прохождении одного и того же количества электричества через различные электролиты количества различных веществ, испытывающие превращение у электродов, пропорциональны химическим эквивалентам этих веществ.
Для выделения или превращения с помощью тока 1г-экв любого вещества необходимо всегда одно и то же количество электричества, называемое числом Фарадея.
Выразим законы Фарадея общим уравнением: ,
где m – масса продукта электролиза, г; I – сила тока, А; t – время, с; F – число Фарадея – 96500 к/г-экв; Э – химический эквивалент, г/г-экв.
Вычисляем массу, выделившуюся на катоде, серебра:
Задача 509
Найти объем кислорода (условия нормальные), который выделится при пропускании тока силой 6А в течение 30 мин через водный раствор KOH.
При вычислении объемов выделившихся газов представим уравнение Фарадея в следующей форме: ,
где V – объем выделившегося газа, л; Vэ – его эквивалентный объем, л/моль.
Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объем водорода равен 11,2 л/моль, а кислорода — 5,6 л/моль, то получим
Задача 515
При электролизе водного раствора АgNO3 с нерастворимым анодом в течение 50 мин при силе тока в 3,0 А на катоде выделилось 9,6 г серебра. Вычислить выход по току.
При практическом проведении электролиза действительный расход тока, вследствие протекания тех или иных побочных процессов, обычно превышает количество его, рассчитанное согласно закону Фарадея. Поэтому на практике часто приходится иметь дело с коэффициентом использования тока, или с так называемым выходом по току (η – эта).
Выходом по току называется отношение количества практически выделенного при электролизе вещества к тому количеству его, которое должно было бы выделиться согласно закону Фарадея.
Выход по току находим как ,
Задача 532
Сколько времени нужно пропускать ток силой 2,0 А через раствор сульфата никеля, чтобы покрыть металлическую пластинку 200 см 2 слоем никеля, толщиной 0,01 мм, если плотность никеля 8,9 г/см 3 . Выход по току составляет 90 %.
Объем покрытия V=S×h = 200× 0,001= 0.2 см 3
Масса будет равна mфакт = V × r = 0,2 ×8,9 = 1,78 г.
Эквивалентная масса никеля Э = 29,345 г/моль.
относительно t и подставляя в него числовые значения, находим = 3251 с = 54,19 мин.
Итак, при практическом осуществлении электролиза часто наблюдаются кажущиеся отклонения от закона Фарадея. Чаще всего они проявляются при катодном восстановлении электроотрицательных металлов, когда часть электрического тока расходуется на разряд ионов водорода.
Законы электролиза относятся к электролизу растворов, расплавов и твердых электролитов с чисто ионной проводимостью.
Задача 533
Определить толщину слоя металла – Pt ( в миллиметрах), нанесенного на другой металл гальваническим методом. Исходный электролит H2[PtCl6]. Площадь поверхности металлической пластинки 250 см 2 , плотность пластины 21,47 г/см 2 . Время электролиза 45 мин, ток силой 0,2 А, выход по току составляет 90%.
Зная выход по току, определяем количество выделенного при электролизе вещества:
Тогда объем покрытия: и толщина слоя: .
При выполнении задания рекомендуется использовать методические указания [1].
В задачах (472–502) разобрать процессы, протекающие у электродов при электролизе водных растворов веществ, для каждого из них составить общее уравнение реакции
| № задачи | Вещества |
| Na2SO4, Cd(NO3)2, KBr, CuCl2 | |
| ZnSO4, NaCl, SnCl2, KNO3 | |
| BaCl2, FeSO4, K3PO4, ZnJ2 | |
| Sr(NO3)2, Cr2(SO4)3, AuCl3, RbCl | |
| Ca(NO3)2, PdCl2, CoSO4, LiCl | |
| FeCl3, MgSO4, Cd(NO3)2, CaJ2 | |
| Na2CrO4, SnSO4, HgCl2, BaBr2 | |
| K2SO3, NiSO4, CuJ2, MgCl2 | |
| Pb(NO3)2 , H2SO4 , HgCI2, KBr | |
| KOH, CuSO4, МgJ2, SnCl4 | |
| Ba(OH)2, SrCI2, SnBr2, Zn(NO3)2 | |
| HNO3, РЬ(СН3СOO)2, RbCI, ZnBr2 | |
| Sr(ОH)2, BaCl2, СuJ2 , Fe2(SO4)3 | |
| H3PO4 , TlNO3, CaJ2, ZnBr2 | |
| NaOH, Ni(NO3)2, KCl, PtCl2 | |
| Co(NO3)2, RbOH, MgCl2, AuCl3 | |
| LiCl, H2SO4, ZnBr2, Ag3PO4 | |
| NiSO3, FeS, RbOH, CdCrO4 | |
| Cu(OH)2, H4PtO4, KJ, CaSO4 | |
| LiF, KNO3, TlCl, BaSO4 | |
| PbSO4, CuS, Hg2(NO3)2, AgJ | |
| Zn(OH)2, CuF2, , KClO4, H2CrO4 | |
| CsOH, HMnO4 , AICI3 , Pd(NO3)2 | |
| NiCI2, К2SO4, Ве(OН)2 , CH3COOH | |
| MgCl2 , RbClO4, NaNO3 , HgS | |
| BiCl3, HBr , Mg(OH)2 , BaCO3 | |
| ZnS, MgCO3, Sn(NO3)2 , TiCl4 | |
| CaSO4, H2CO3, Sr(OH)2, СоBr2 | |
| KMnО4, Bi(NO3)3, PbS , FeSO3 | |
| Cr(ClО4)3, Na2S , НСl, KVO3 | |
| Ag3PO4, NaNO3, CaCl2, PbJ2 |
В задачах 503–508 вычислить массу вещества, выделившуюся при пропускании тока через раствор в течение времени:
| № задачи | Процесс | Ток, А | Время, мин |
| Осаждение серебра из раствора AgNO3 Осаждение меди из раствора СuSО4 Осаждение золота из раствора АuС13 Осаждение олова из раствора SnSO4 Осаждение меди из раствора CuCI2 Осаждение меди из раствора Сu(NО3)2 | 6,0 1,5 1,5 |
В задачах 509–514 найти объем газа (условия нормальные), который выделится при пропускании тока в течение определенного времени через водный раствор соли
| № задачи | Процесс | Ток, А | Время, мин |
| Выделение кислорода из водного раствора КОН Выделение водорода из водного раствора КОН Выделение водорода из H2SO4 Выделение кислорода из раствора NаОН Выделение водорода из раствора HNO3 Выделение хлора из раствора NaCI | 1,5 |
В задачах 515–524 вычислить выход по току при электролизе по следующим данным:
| № задачи | Процесс | Ток, А | Время, мин | Изменение массы электрода, г |
| Осаждение серебра из раствора AgNO3 | 3,0 | +9,6 | ||
| Осаждение меди из раствора CuSO4 | 2,5 | +0,72 | ||
| Осаждение никеля из раствора NiSO4 | 10,0 | +53,21 | ||
| Осаждение цинка из раствора ZnSO4 | 3,0 | +0,46 | ||
| Осаждение меди из раствора Na[Cu(CN)2] | 10,0 | +58,2 | ||
| Растворение меди на аноде | 2,0 | -16,0 | ||
| Растворение серебра на аноде | 3,0 | -8,3 | ||
| Растворение никеля на аноде | 5,0 | -0,90 | ||
| Выделение хлора на аноде | 1,05 | 1,25 | ||
| Осаждение магния из расплава MgCl2 | 0,034 | 0,1869 |
В задачах 525–532 определить время, необходимое для нанесения слоя одного металла на другой гальваническим способом
| № задачи | Осажденный металл | Плотность метала, г/см 3 | Толщина слоя, мм | Площадь поверхности, см 2 | Ток, А | Выход по току, % | Электролит |
| Ni | 8.90 | 0.01 | 2.0 | NiSO4 | |||
| Cu | 8.93 | 0.05 | 5.0 | CuSO4 | |||
| Zn | 7.14 | 0.25 | ZnSO4 | ||||
| Ag | 10.49 | 0.02 | 0.5 | Na[Ag(CN)2] | |||
| Au | 19.32 | 0.001 | 0.25 | K[Au(CN)2] | |||
| Cd | 8.64 | 0.05 | CdSO4 | ||||
| Pt | 21.47 | 0.001 | 0.2 | H2[PtCl6] | |||
| Pb | 11.30 | 0.01 | 2.0 | Pb[BF4]2 |
В задачах 533–540 определить толщину слоя металла (в миллиметрах), нанесенного на другой металл гальваническим методом
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Гидроксид калия: способы получения и химические свойства
Гидроксид калия KOH — неорганическое соединение. Белый, гигроскопичный, плавится и кипит без разложения. Хорошо растворяется в воде.
Относительная молекулярная масса Mr = 56,11; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 2, 044; tпл = 404º C; tкип = 1324º C
Способы получения
1. Гидроксид калия получают электролизом раствора хлорида калия :
2KCl + 2H2O → 2KOH + H2 + Cl2
2. При взаимодействии калия, оксида калия, гидрида калия и пероксида калия с водой также образуется гидроксид калия:
2K + 2H2O → 2KOH + H2
2KH + 2H2O → 2KOH + H2
3. Карбонат калия при взаимодействии с гидроксидом кальция образует гидроксид калия:
Качественная реакция
Качественная реакция на гидроксид калия — окрашивание фенолфталеина в малиновый цвет .
Химические свойства
1. Гидроксид калия реагируют со всеми кислотами (и сильными, и слабыми, и растворимыми, и нерастворимыми). При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов:
2. Гидроксид калия реагирует с кислотными оксидами . При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов:
3. Гидроксид калия реагирует с амфотерными оксидами и гидроксидами . При этом в расплаве образуются средние соли, а в растворе комплексные соли:
в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:
4. С кислыми солями гидроксид калия также может взаимодействовать. При этом образуются средние соли, или менее кислые соли:
5. Гидроксид калия взаимодействует с простыми веществами-неметаллами (кроме инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода).
При этом кремний окисляется до силиката и выделяется водород:
Фтор окисляет щелочь. При этом выделяется молекулярный кислород:
Другие галогены, сера и фосфор — диспропорционируют в растворе гидроксида калия:
Сера взаимодействует с гидроксидом калия только при нагревании:
6. Гидроксид калия взаимодействует с амфотерными металлами , кроме железа и хрома. При этом в расплаве образуются соль и водород:
В растворе образуются комплексная соль и водород:
2KOH + 2Al + 6Н2О = 2K[Al(OH)4] + 3Н2
7. Гидроксид калия вступает в обменные реакции с растворимыми солями .
Хлорид меди (II) реагирует с гидроксидом калия с образованием хлорида калия и осадка гидроксида меди (II):
2KOH + CuCl2 = Cu(OH)2↓+ 2KCl
Также с гидроксидом калия взаимодействуют соли аммония .
Например , при взаимодействии хлорида аммония и гидроксида калия образуются хлорид калия, аммиак и вода:
NH4Cl + KOH = NH3 + H2O + KCl
8. Гидроксид калия проявляет свойства сильного основания. В воде практически полностью диссоциирует , образуя щелочную среду и меняя окраску индикаторов.
KOH ↔ K + + OH —
9. Гидроксид калия в расплаве подвергается электролизу . При этом на катоде восстанавливается сам литий, а на аноде выделяется молекулярный кислород:
4KOH → 4K + O2 + 2H2O
Источник
Расчет количества электричества, необходимое для электрохимического превращения одного эквивалента вещества
Задача 700.
Сколько времени потребуется для полного разложения 2 молей воды током силой 2 А?
Решение:
Для расчета времени используем уравнение закона Фарадея:
Здесь m — масса образовавшегося или подвергшегося превращению вещества; Э — его эквивалентная масса; I — сила тока; t — время; F — постоянная Фарадея (96500 Кл/моль), т.е. количество электричества, необходимое для осуществления электрохимического превращения одного эквивалента вещества.
Решим уравнение закона Фарадея относительно времени и подставим данные задачи (m = M . n = 18 . 2 = 36,
I = 2A, Э = М/2 = 18/2= 9 г/моль):
Ответ: 53,61ч.
Задача 701.
Как электролитически получить LiОН из соли лития? Какое количество электричества необходимо для получения 1 т LiОН? Составить схемы электродных процессов.
Решение:
Электролитически гидроксид лития можно получить из соли литя при электролизе её водного раствора. Например, при электролизе раствора соли LiCl. Стандартный электродный потенциал системы Li + + 1 = Li 0 (-3,045 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением газообразного водорода ионы лития будут накапливаться в катодном пространстве:
На аноде будет происходить электрохимическое окисление хлора, стандартный потеннциал которого (+1,36 В) выше, чем воды (+1,23 В). Хлор будет окисляться, потому что наблюдается значительное перенапряжение процесса окисления воды, материал анода оказывает тормозящее воздействие на его протекание:
2Cl — + 2 = 2Cl*; Cl* + Cl* = Cl2↑.
Сложив уравнения катодного и анодного процессов, получим суммарное уравнение:
2H2O + 2Cl — = H2↑ + 2OH — + Cl2↑.
у катода у анода
Таким образом, одновременно с выделением газообразного водорода (катод) и газообразного хлора (анод), образуется гидроксид лития (катодное пространство).
Количество электричества (Q = It) находим по формуле:
Здесь Э – эквивалентная масса серебра; F – постоянная Фарадея (96500 Кл/моль), т. е. количество электричества, необходимое для осуществления превращения одного эквивалента вещества; t – время, с; I – сила тока; m – масса выделившегося вещества.
Ответ: 4 . 109 Кл.
Задача 702.
Найти объем кислорода (условия нормальные), который выделится при пропускании тока силой 6 А в течение ЗО мин через водный раствор КОН.
Решение:
При вычислении объемов выделившихся газов представим уравнение закона Фарадея в следующей форме:
Здесь V — объем выделившегося газа, л; VЭ — его эквивалентный объем, л/моль;
F — число Фарадея (96500 Кл/моль); t – время (для данного процесса равно 30 . 60 = 1800 с). Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объем кислорода равен 5,6 л/моль, то получаем:
Ответ: 627мл.
Задача 703.
Найти объем водорода (условия нормальные), который выделится при пропускании тока силой в 3 А в течение 1 ч через водный раствор Н2SO4.
Решение:
При вычислении объемов выделившихся газов представим уравнение закона Фарадея в следующей форме:
Здесь V — объем выделившегося газа, л; VЭ — его эквивалентный объем, л/моль; F — число Фарадея
(96500 Кл/моль); t – время (для данного процесса равно 60 . 60 = 3600 с). Поскольку при нормальных условиях эквивалентный объем водорода равен 11,2 л/моль, то получаем:
Ответ: 1,25л.
- Вы здесь:
- Главная
- Задачи
- Химия-Глинка
- Марганец и галогены. Задачи 1095 — 1096
Источник
Электролиз воды
Что такое электролиз
Для осуществления процесса электролиза в раствор или в расплав помещают два электрода, подключённых к противоположным полюсам источника тока. В качестве электродов чаще всего используется металл или графит, так как эти материалы пропускают электрический ток.
Рис. 1. Электролиты в растворе.
Под действием электричества электрод, подключенный к отрицательному полюсу, становится катодом, а электрод, соединённый с положительным полюсом, превращается в анод. Катод и анод притягивают противоположные ионы: к катоду направляются положительно заряженные катионы, к аноду – отрицательно заряженные анионы.
Катод является окислителем, на нём происходит процесс восстановления катионов. На аноде протекает процесс окисления: анод восстанавливает анионы и окисляется.
Процесс электролиза можно разделить на два этапа. Сначала происходит диссоциация – распад электролита (раствора или расплава) на ионы. Затем протекают реакции на электродах.
Электролиз воды
Если пропустить через воду электрический ток, жидкость начнёт диссоциироваться на составляющие молекулу воды атомы. В результате процесса электролиза воды получают кислород и водород. Однако в зависимости от природы электродов можно получить озон и перекись водорода.
Схема электролиза воды:
Рис. 2. Схема электролиза воды.
Вода – слабый электролит, поэтому электролиз чистой, дистиллированной воды протекает медленно или не идёт вовсе. Для ускорения процесса в воду добавляют сильный электролит, увеличивающий проводимость электрического тока.
Электролит выбирается так, чтобы исключить конкуренцию между катионами электролита и катионами воды (H + ). В противном случае водород не будет произведён. Чтобы исключить конкуренцию, необходимо подобрать электролит, катионы которого будут иметь меньший электродный потенциал, чем H + воды. На роль катиона электролита подходят:
- Li + ;
- Rb + ;
- K + ;
- Cs + ;
- Ba 2+ ;
- Sr 2+ ;
- Ca 2+ ;
- Na + ;
- Mg 2+ .
Для исключения конкуренции анионов, наоборот, подбирают электролит с анионами большего электродного потенциала, чем анион OH – воды. В качестве такого электролита применяется щелочь для образования гидроксильного иона OH – .
Рис. 3. Диссоциация щёлочи.
Для электролиза воды используются сильные щелочи: гидроксид калия (KOH) или натрия (NaOH). В некоторых случаях применяется сильная кислота, например, H2SO4.
Что мы узнали?
Электролиз – процесс образования и оседания на электродах ионов вещества под действием электрического тока. Вода разделяется на катионы водорода и анионы кислорода. Положительные катионы движутся к катоду, отрицательные анионы – к аноду. В некоторых случаях вода диссоциируется на озон и перекись водорода. Из-за низкой способности к диссоциации в воду добавляется сильный электролит, не мешающий образованию водорода и кислорода. Чаще всего добавляется щёлочь или сильная кислота.
Источник