Примеры решения типовых задач. Пример 1. Рассчитайте количество меди, выделенное на катоде при электролизе раствора CuSO4 в течение 1 ч при силе тока 4 А

Пример 1. Рассчитайте количество меди, выделенное на катоде при электролизе раствора CuSO₄ в течение 1 ч при силе тока 4 А.

Решение. Катодный процесс: Cu²⁺ + 2 Cu. Количество меди рассчитываем по уравнению закона Фарадея (9.1):

Пример 2. Рассчитайте силу тока при электролизе раствора в течение 1 ч 40 мин 25 с, если на катоде выделилось 1,4 л водорода, измеренного при нормальных условиях.

Решение. Катодный процесс: 2Н₂О + 2 ↔ Н₂ + 2ОН^-.

Величину тока рассчитываем из уравнения (9.2) по формуле:

Пример 3. Вычислите, сколько граммов КОН образовалась у катода при электролизе водного раствора K₂SO₄, если на аноде выделилось 1,2 л кислорода, измеренного при нормальных условиях.

Решение: Электролиз раствора K₂SO₄ протекает по следующей схеме:

К₂SO₄ + Н₂О

↑↓

(−) K (Pt) 2K⁺ + SO₄² (+) A (Pt);

(−) К: 2Н₂О + 2 ↔ Н₂ + 2ОН^- (+) А: 2Н₂О ↔ O₂ + H⁺ + 4 ;

2Н₂О ↔ 2Н₂ +O₂ .

Объем моля эквивалентов кислорода (н.у.) равен 22,4/4=5,6 л. Следовательно, 11,2 л кислорода составляет 2 моль эквивалентов. Столько же, т.е. 2 моль эквивалентов КОН, образовалось у катода или 56,11 2=112,22 г (56,11 г – масса 1–го моля эквивалентов КОН).

Пример 4. Рассчитайте, сколько граммов чистой соли необходимо для получения 71 г хлора электролизом водного раствора NaCl (выход по току 100 %).

Решение. Электролиз раствора NaCl протекает по следующей схеме:

2NaCl + 2Н₂О

↑↓

(−) K (Pt) 2Na⁺ + 2Cl (+) A (Pt);

(−) К: 2Н₂О + 2 ↔ Н₂ + 2ОН^- (+) А: 2Cl ↔ Cl₂ + 2 ;

2NaCl + 2Н₂О Н₂ + Cl₂ + 2NaОН.

Масса 1 моля эквивалентов хлора равна 71:2=35,5 г. Следовательно, 71 г хлора составляет 2 моль эквивалентов. Столько же, т.е. 2 моля эквивалентов NaCl необходимо взять для электролиза или 58,5 2=117 г (58,5 г – масса 1-го моля эквивалентов NaCl) при =100%.

Пример 5. Вычислите массу разложившейся воды и объемы водорода и кислорода при н.у., выделившихся на электродах при электролизе водного раствора Н₂SО₄ током силой 10 А в течение 1 ч.

Решение. Используя объединенное выражение законов Фарадея (9.2), рассчитаем объемы водорода и кислорода:

Электролиз водного раствора Н₂SО₄ протекает по следующей схеме:

(−) К: 4Н⁺ + 4 ↔ 2Н₂ ;

(+) А: 2Н₂О ↔ О₂ + 4Н⁺ + 4 ;

2Н₂О ↔ 2Н₂ + О₂ .

Рассчитываем эквивалентный объем кислорода при н.у.:

V_Э = 22,4/4=5,6 л/моль экв

и определяем число эквивалентов кислорода:

n э = V/Vэ =2,09/5,6=0,373 моль экв.

Согласно закону эквивалентов такое же количество эквивалентов, т.е. 0,373 моль экв., разложилось воды. Зная молярную массу эквивалентов Н₂О, рассчитаем ее массу:

m (H₂O)=Mэ n э=(18/2) 0,373=3,36 г.

Пример 6. Рассчитайте толщину слоя цинка, выделившегося в течение 30 мин на железном катоде площадью 800 см² при электролизе раствора ZnCl₂ силой тока, равной 2,5 А. Коэффициент выхода по току равен 0,8. Плотность цинка = 7,15 г/см³.

Решение. В соответствии с уравнением (9.8)

_Zn = 2 10^-3 мм.