2.3.3. Законы электролиза (законы Фарадея)

Количество вещества (m), восстановленного на катоде и окисленного на аноде, пропорционально количеству прошедшего электричества(Q) и химическому эквиваленту (Э):

где F=96500 кулон ( постоянная Фарадея).

Зная, что Q = I ^. t , где I – сила тока, t – время прохождения тока, можно записать:

ПРИМЕР 1. Ток силой 10 ампер пропускали через раствор сульфата меди 2 часа. Определить массу выделившегося металла.

ПРИМЕР 2. Сколько нужно пропускать ток силой 5 ампер, чтобы из раствора серной кислоты выделить 50 литров водорода при н.у. ?

Задания для самостоятельной работы

1-20. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.

1. FeCl₂ + K₂Cr₂ O₇ + HCl => FeCl₃ + CrCl₃ + KCl + H₂O.

NO + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ => HNO₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

2. Al + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ => Al₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

Ca₃(PO₄)₃ + C + SiO₂ => CaSiO₃ + CO + P₄

3. NaCl + MnO₂ + H₂SO₄ => MnSO₄ + Na₂SO₄ + Cl₂ + H₂O.

FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄ => Fe₂(SO₄)₃ + KCl + H₂O.

4. Na + HNO₃ => NaNO₃ + NH₄NO₃ + H₂O

CrCl₃ + KNO₃ + KOH => K₂CrO₄ + KNO₂ + KCl + H₂O

5. CrCl₃ + KOH + H₂O₂ => K₂CrO₄ + KCl + H₂O

KNO₃ + KI + H₂SO₄ => NO + I₂ + K₂SO₄ + H₂O

6. Al + KNO₃ + KOH => K₃AlO₃ + NH₃ + H₂O

FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄ => Fe₂(SO₄)₃ + KCl + H₂O

7. K₂Cr₂O₇ + KI + H₂SO₄ => K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + I₂ + H₂O

Na₂S₂O₃ + Cl₂ + H₂O => Na₂SO₄ + HCl + H₂SO₄

8. H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ => S + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Zn + KNO₂ + KOH + H₂O => K₂[Zn(OH)₄] + NH₃

9. KNO₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ => KNO₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

MnO₂ + KClO₃ + KOH => K₂MnO₄ + KCl + H₂O

10. Al + HNO₃ => Al(NO₃)₃ + NH₄NO₃ + H₂O

KNO₂ + PbO₂ + HCl => KNO₃ + PbCl₂ + H₂O

11. K₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ => K₂SO₄ + MnSO₄ + S + H₂O

HgS + HNO₃ + HCl => HgCl₂ + S + NO + H₂O

12. Cl₂ + KOH => KClO₃ + KCl + H₂O

NaBr + NaBrO₃ + H₂SO₄ => Br₂ + Na₂SO₄ + H₂O

13. H₂S + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ => Cr₂(SO₄)₃ + S + K₂SO₄ + H₂O

HNO₂ => HNO₃ + NO + H₂O

14. K₂Cr₂O₇ + HCl => Cl₂ + KCl + CrCl₃ + H₂O

Pb(NO₃)₂ => PbO + NO₂ + O₂

15. Mg + HNO₃ => Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + H₂O

AsH₃ + AgNO₃ + H₂O => H₃AsO₄ + Ag + HNO₃

16. FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ => MnSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

NaI + NaIO₃ + H₂SO₄ => I₂ + Na₂SO₄ + H₂O

17. MnSO₄ + PbO₂ + HNO₃ => HMnO₄ + Pb(NO₃)₂ + PbSO₄ + H₂O

Sn + HNO₃ => Sn(NO₃)₂ + N₂O + H₂O

18. H₂S + HNO₃ => H₂SO₄ + NO₂ + H₂O

Na₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ => Na₂SO₄ + K₂SO₄+ MnSO₄ + H₂O

19. Na₂S₂O₃ + Br₂ + NaOH => NaBr + Na₂SO₄ + H₂O

NaBr + MnO₂ + H₂SO₄ => MnSO₄ + Na₂SO₄ + Br₂ + H₂O

20. Al + KClO₄ + H₂SO₄ => Al₂(SO₄)₃ + KCl + H₂O

CrCl₃ + Br₂ + KOH => K₂CrO₄ + KBr + KCl + H₂O

21-40. Составьте уравнения реакций и подберите коэффициенты методом электронного баланса.

21. а ) Cu + HNO_{3 конц.}=> ? б) Sn + NaOH => ? в) Na + H₂O => ?

22. а) Рb + NaOH => ? б) Zn + H₂SO_{4 конц.} => ? в) Са + H₂O => ?

23. а) Аl + KOH => ? б) Al + H₂SO_{4 конц.} => ? в) Са + HCl => ?

24. а ) Cd + HNO_{3 конц.}=> ? б) Cr + NaOH => ? в) Na + HCl => ?

25. а) Аl + KOH => ? б) Al + H₂SO_{4 разб.} => ? в) Са + HNO_{3 разб.} => ?

26. а) Zn + KOH => ? б) Hg + H₂SO_{4 разб.} => ? в) K + H₂O => ?

27. а) Be + NaOH => ? б) Zn + HNO_{3 конц.} => ? в) Li + H₂O => ?

28. а) Аl + KOH => ? б) Sr + H₂SO_{4 конц.} => ? в) Mn + HNO_{3 разб.} => ?

29. а ) Cо + HNO_{3 конц.}=> ? б) Cr + NaOH => ? в) Ba + HCl => ?

30. а) Zn + KOH => ? б) Rb + H₂SO_{4 разб.} => ? в) K + HNO_{3 разб} => ?

31. а ) Ag + HNO_{3 конц.}=> ? б) Sn + NaOH => ? в) Ba + H₂O => ?

32. а) Be + NaOH => ? б) Sr + HNO_{3 конц.} => ? в) Sr + H₂O => ?

33. а) Рb + NaOH => ? б) Cu+ H₂SO_{4 конц.} => ? в) Rb + H₂O => ?

34. а) Аl + KOH => ? б) Ni + H₂SO_{4 разб.} => ? в) Ag + HNO_{3 разб.} => ?

35. а ) K + HNO_{3 конц.}=> ? б) Cr + NaOH => ? в) Al + HCl => ?

36. а) Zn + KOH => ? б) Al + H₂SO_{4 разб.} => ? в) Sr + H₂O => ?

37. а) Be + NaOH => ? б) Mg + HNO_{3 конц.} => ? в) Cs + H₂O => ?

38. а) Рb + NaOH => ? б) Rb + H₂SO_{4 конц.} => ? в) Rb + HCl => ?

39. а) Аl + KOH => ? б) Co + H₂SO_{4 конц.}=> ? в) Cu + HNO_{3 разб} => ?

40. а) Zn + KOH => ? б) Ni + H₂SO_{4 разб.} => ? в) Ni + HNO_{3 разб.} => ?

41-60. Гальванические элементы

41. При какой концентрации ионов кадмия ЭДС кадмий-никелевого гальванического элемента равна 1 вольт, если концентрация ионов никеля в растворе 1 моль/л?

42. Составьте схему, вычислите ЭДС гальванического элемента , в основе которого лежит реакция: Zn + Pb(NO₃ )₂ => Pb + Zn(NO₃)₂. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в 10 раз?

43. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС гальванического элемента , образованного стандартными электродами свинца и железа. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в 10 раз?

44. При какой концентрации ионов меди значение потенциала медного электрода становится равным стандартому потенциалу серебряного электрода?

45. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС гальванического элемента ,составленного из кадмиевой пластинки, опущенной в раствор его соли с концентрацией 0.1 моль/л и стандартного никелевого электрода.

46. Что такое концентрационный гальванический элемент? Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из никелевых электродов, опущенных в 0.01 и 0.1-молярные растворы Ni(NO₃)₂.

47. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС гальванического элемента , состоящего из пластины никеля, опущенной в 0.1 М раствор Ni(NO₃)₂ и стандартного водородного электрода.

48. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущенных: первый в 0.01 н, а второй в 0.1 н растворы нитрата серебра.

49. Магневую пластинку опустили в раствор его соли, при этом электродный потенциал оказался равен минус 2.41 вольта. Вычислите концентрацию ионов магния в растворе.

50. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта. Изменится ли это соотношение, если измерить потенциалы никеля и кобальта в растворах с концентрацией ионов никеля 0.001, а кобальта – 0.1 моль/л?

51. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция: Ni + Pb(NO₃ )₂ => Pb + Ni(NO₃)₂. Вычислите ЭДС этого элемента, если [Ni²⁺]=0.01 моль/л, а [Pb²⁺]=0.01 моль/л.

52. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из пластин цинка и кобальта, погруженного в растворы из солей. Какой концентрации надо взять ионы цинка Zn²⁺, чтобы ЭДС стала равной нулю, если концентрация [Co²⁺] равна 1 моль/л?

53. На сколько изменится потенциал медного электрода, если раствор соли меди, в которую погружен электрод, разбавить в 100 раз?

54. Вычислите ЭДС гальванического элемента Cu | Cu(NO₃)₂ (0.01 н) || CuCl₂ (0.1 н) | Cu .

55. Кадмиевый электрод, погруженный в раствор CdCl_2, имеет потенциал минус 0.45 вольт. Вычислите концентрацию ионов кадмия в моль/л.

56. Вычислите ЭДС и составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых кадмий является анодом, а в другом – катодом.

57. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС гальванического элемента , в основе которого лежит реакция: Fe + CuCl₂ => Cu + FeCl₂.

58. Чему равен потенциал водородного электрода, погруженного в 0.1-нормальный раствор соляной кислоты?

59. Вычислите ЭДС гальванического элемента (Pt) H₂ | HNO₃ (0.1 M) || H₂SO₄ (0.01 M) | H₂ ( Pt) . Напишите уравнения электродных процессов.

60. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС медно-кадмиевого гальванического элемента, образованного стандартными электродами.

61-80. Коррозия металлов

41. Как происходит коррозия алюминия, находящегося в контакте с кадмием в щелочном растворе?

42. Железное изделие покрыли кадмием. Составьте уравнения электродных процессов при коррозии в серной кислоте. Определите вид покрытия.

43. Составьте схему коррозии железа, покрытого медью, во влажном воздухе и кислой среде.

44. Составьте уравнения с водородной деполяризацией при коррозии пары алюминий-железо.

45. Составьте уравнения с кислородной деполяризацией при коррозии пары алюминий-кадмий.

46. Почему химически чистое железо более стойко против коррозии, чем техническое? Составьте схему коррозии технического железа во влажном воздухе.

47. Железо покрыли кадмием. Что будет происходить при коррозии в растворе азотной кислоты?

48. Две железные пластинки частично покрыты одна оловом, а другая медью, находятся во влажном воздухе. На какой быстрее образуется ржавчина? Напишите уравнения электродных процессов.

49. Как происходит коррозия магния, находящегося в контакте с оловом в нейтральном и кислом растворе?

50. Приведите примеры протекторной защиты железа в электролите, содержащем растворенный кислород. Составьте уравнения электродных процессов.

51. Выберите металлы для катодного покрытия кадмия: магний, никель, хром, цинк, железо? Что произойдет при нарушении защитного покрытия в щелочной среде? Напишите уравнения электродных процессов.

52. Какой металл целесообразней взять для протекторной защиты от коррозии свинцовой оболочки кабеля: цинк, магний, хром? Напишите уравнения электродных процессов.

53. В раствор щелочи поместили пластинку никеля, частично покрытую кадмием. Напишите уравнения электродных процессов.

54. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с водородной деполяризацией при коррозии пары магний – хром.

55. Железное изделие покрыли кадмием. Что происходит при коррозии этого изделия в морской воде, если покрытие нарушено ?

56. Атмосферная коррозия луженой меди при нарушении защитного покрытия.

57. Какой металл целесообразнее взять для протекторной защиты трубопровода, изготовленного из железа: никель, хром, цинк, олово? Напишите уравнения электродных процессов.

58. Железное изделие покрыто хромом. Как будет корродировать это изделие при нарушении покрытия во влажном воздухе?

59. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов с кислородной деполяризацией при коррозии пары никель – медь.

60. Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного

покрытия железа. Что произойдет при нарушении защитного

покрытия в растворе щелочи?

81- 100. Составьте схему электролиза

41. Раствора и расплава хлорида магния.

42. Раствора сульфата цинка с угольным и цинковым анодами.

43. Раствора нитрата меди с медным и угольными электродами.

44. Раствора и расплава хлорида натрия.

45. Раствора нитрата кальция и расплава хлорида меди.

46. Раствора сульфата натрия и расплава бромида калия.

47. Раствора и расплава хлорида алюминия.

48. Раствора нитрата серебра с инертным и серебряным анодом.

49. Раствора нитрата никеля с никелевым и угольным электродами.

50. Раствора и расплава иодида натрия.

51. Раствора карбоната калия и расплава бромида меди.

52. Раствора хлорида никеля с никелевым и угольным электродами.

53. Раствора нитрата кобальта с угольным и кобальтовым электродами.

54. Раствора и расплава сульфида натрия.

55. Раствора нитрита меди с медным и угольными электродами.

56. Раствора и расплава сульфида лития.

57. Раствора нитрита кальция и расплава иодида железа(II).

58. Раствора сульфита калия и расплава бромида кальция.

59. Раствора и расплава сульфида магния.

60. Раствора нитрата свинца с инертным и свинцовым анодом.

101-120. Решите задачу на законы электролиза.

41. Ток в 4 А в течение 40 минут выделил на катоде 9.984 граммов металла. Вычислите эквивалент этого металла.

42. Через раствор хлорида железа(II) пропускали ток, силой 3 ампера, в течение 10 минут. Найдите массу выделившегося железа.

43. При электролизе раствора нитрата хрома (III) за 10 минут на катоде выделилось 0.26 граммов хрома. Определите силу тока.

44. Ток, силой 5 ампер, выделяет за 10 минут из раствора платиновой соли 1.517 граммов платины. Определите эквивалент платины.

45. Определите, чему равен эквивалент висмута, если для выделения 10 граммов висмута из раствора его соли, надо пропустить через раствор 13850 кулон.

46. При прохождении тока, силой 1.5 ампера, в течение 30 минут через раствор соли 3-х валентного металла на катоде выделилось 1.07 граммов металла. Определите атомную массу металла.

47. Какое количество цинка должно растворяться каждую минуту в гальваническом элементе: Zn | ZnCl₂ || CuCl₂ | Cu для получения в цепи тока силой в 5 ампер?

48. Определите эквивалент кадмия, зная что для выделения 1 грамма кадмия из раствора его соли надо пропустить через раствор 1717 кулон.

49. Вычислите время, в течение которого нужно пропускать электрический ток силой 5 ампер через раствор сульфата железа (II), чтобы выделить на катоде 2.8 граммов железа.

50. Вычислите количество серебра, выделяющегося на катоде при электролизе раствора нитрата серебра в течение 10 минут, током в 5 ампер.

51. При пропускании через раствор серебряной соли электрического тока на катоде за 5 минут выделился 1 грамм серебра. Определите силу тока.

52. Сколько времени нужно пропускать через раствор кислоты электрический ток силой 5 ампер, чтобы получить 11.2 литра водорода при н.у.

53. Какое количество меди должно раствориться в гальваническом элементе: Cu | CuSO₄ || AgNO₃ | Ag , если он работал 30 минут, сила тока в цепи была 3 ампера. Сколько граммов серебра при этом выделилось?

54. Сколько граммов серебра выделится при пропускании через раствор нитрата серебра тока силой 10 ампер в течение 30 минут?

55. При электролизе раствора нитрата хрома (III) за 10 минут на катоде выделилось 0.26 граммов хрома. Какова была сила тока?

56. Сколько времени потребуется для разложения 1 моля воды током силой 5 ампер?

57. Какое количество гидроксида калия образуется у катода, если пропустить через раствор калиевой соли 9650 кулон?

58. Какое количество серной кислоты образуется в растворе сульфата меди, если пропустить через него 1930 кулон?

59. Раствор хлорида магния подвергался электролизу в течение часа при силе тока 2.5 ампера. Какой объем водорода выделится при н.у.?

60. Рассчитайте эквивалент висмута, если для выделения 10 граммов висмута при электролизе раствора его соли надо пропустить 13850 кулон.

Задания для самостоятельной работы по химии для студентов 1 курса факультета механизации сельского хозяйства УрГСХА.

Составители: доцент кафедры химии УрГСХА Вискова Е.Г.; старший преподаватель кафедры химии УрГСХА Пащенко О.В.

Редактор

ЛП № 020769 от 24.04.98 г.

Подписано в печать формат 60 х 84 1/16

Объем 1.8 п.л. Тираж экз. заказ №

Уральская государственная сельскохозяйственная академия