У процесі електролізу з водного розчину

Объяснение:

9 Електроліз

      Електроліз – це окисно-відновний процес, який перебігає на електродах у розплаві чи розчині електроліту під дією постійного електричного струму. Електрод, з’єднаний з негативним полюсом джерела струму, називається катодом, а з’єднаний з позитивним полюсом – анодом. На катоді відбуваються процеси відновлення, а на аноді - окиснення.

Приклади розв’язування типових задач

Електроліз розплаву солей

      Приклад 1 Які процеси окиснення-відновлення перебігають на катоді і на аноді при електролізі розплаву NaCl з графітовими електродами?

      Розв’язування:  

В розплаві NаСІ дисоціює на йони:

NаСІ → 2Na+ + 2Cl- .

Катіони під дією електричного струму будуть рухатись до катода і приймати від нього електрони (відновлюватись). На аноді буде відбуватися процес окиснення хлорид-йонів:

Таким чином, у результаті електролізу розплаву NaCl, одержують Na і Сl2.

      Приклад 2         Які окисно-відновні процеси перебігають на інертних електродах при електролізі розплаву NaOH?

      Розв’язування: У розплаві NaOH містяться Na+- і ОН--іони, які рухаються відповідно до катоду і аноду. Процеси, які перебігають при цьому, записують таким чином: NaОН → Na+ + ОН-.

      Таким чином, біля катоду відновлюється натрій, а на аноді окиснюються ОН--іони (катодний і анодний р – відокремлені!).

Електроліз у водному розчині

      Внаслідок того, що вода може проявляти властивості як окисника, так і відновника, то при електролізі водних розчинів електролітів біля електродів можуть відновлюватися і окиснюватися не лише іони електроліту, а й сама вода. Це залежить від порівняльної величини електродних потенціалів води і іонів електроліту.

      Приклад 3 Які процеси перебігають на електродах при електролізі водного розчину NaCl з графітовими електродами?

Розв’язування: В цьому розчині знаходяться йони Na і Cl у вигляді гідратованих йонів, а також вільні молекули води. Якщо система, в якій проводять електроліз, містить різні окисники (в даному випадку Na і Н2О), то на катоді буде відновлюватися найбільш активний із них, або – окиснена форма тієї електрохімічної системи, якій відповідає найбільше значення електродного потенціалу (за алгебраїчною величиною).

Порівняємо потенціали двох окиснених форм :

Na + 1 → Na;                  = -2,71 В

2H2O + 2 → H2 + 2OH ; = -0,81 В.

Отже, -0,81 В>-2,71 В. Це означає. що на катоді будуть розряджатися молекули води, а не йони натрію

2H2O + 2 → H2 + 2OH.

Аналогічно, за наявності в системі декількох відновників, на аноді буде окиснюватися найбільш активна із них, або – відновлена форма тієї електрохімічної системи, яка характеризується найменшим значенням електродного потенціалу. Наприклад:

2Cl → Cl2 + 2                 = +1,36 В

2H2O → O2 + 4H + 4         = +1,23 В.

Отже, під час електролізу водних розчинів хлоридів можливий перебіг двох процесів на інертному аноді, так як вони мають близькі значення . Однак, в даному відбувається перший процес: 2Cl → Cl2 + 2, не дивлячись на те, що >, так як це зумовлено гальмівною дією матеріалу анода на другий процес. Таким чином, на катоді виділяється водень, а на аноді - хлор, а в катодному накопичується NaOH. Склавши рівняння двох електродних процесів, одержують загальне рівняння процесу електролізу водного розчину NaCl:

NaCl → Na+ + Cl-

або в молекулярній формі 2NaCl + 2H2O  →  H2 + Cl2 + 2NaOH.

      Приклад 4 Які процеси перебігають на електродах при електролізі водного розчину K2SO4 з інертними електродами?

Розв’язування:  У водному розчині K2SO4 дисоціює на йони:

K2SO4 → 2K+ + SO  

Так як катіони лужних металів не відновлюються у водних розчинах, то процес електролізу буде зводитись до катодного відновлення і анодного окиснення молекул води:

У навколо катодному утворюється КОН, а біля анода H2SO4, але якщо катодний і анодний не розділені діафрагмою, то:

Н + ОН → H2O

      Продуктами електролізу біля катоду є водень і ОН--іони, які з К+-іонами утворюють КОН, а біля аноду – виділяється кисень і Н+-іони, які з SO42--іонами утворюють Н2SO4 (при розділеному катодному і анодному В цілому процес виражається рівнянням:

К2SO4 + 4Н2О 2Н2 + О2 + 2КOH + H2SO4

      Якщо розчини біля катодного і анодного перемішують, то відбувається реакція нейтралізації: 2КOH + H2SO4 → К2SO4 + 2H2O і у результаті продуктами електролізу є лише Н2 і О2.

Приклад 5. Які процеси будуть відбуватися на електродах під час електролізу водного розчину сульфату цинку з інертними електродами.

Розв'язування: У водному розчині ZnSO4 будуть міститися такі йони:

ZnSO4 → Zn2+ + SO

вначале угол между нитями был 0.  чтобы угол между нитями был 90, надо, чтобы каждый отклонился на 45, т.е. чтобы на каждый из шариков действовала fтяж=fэfэ общ=fэ1+fэ2=fт1+fт2=m1g+m2g=2m1gm1=2г=2*10^(-3)по закону кулона

fэ =k*(q_1*q_2)/r^2

по теореме пифагора: r^2=1^2=1^2=2  k*(q_1*q_2)/r^2 =2m1*g

9*10^9*(g1*q2)/2 = 2*2*10^(-3)*10

g1*q2=8/9 * 10^(-11)

видимо q1=q2=3*10^(-5)q1+q2=6*10^(-5) кл=60 мккл