Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania"

Józef Rudnicki
6 lat temu
Przeglądów:

1 Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a Zadania

2 I prawo Faraday a Masa substancji wydzielonej na elektrodach podczas elektrolizy jest proporcjonalna do natężenia prądu i czasu trwania elektrolizy q m = k I t m masa wydzielonej substancji [g] I natężenie prądu [A] t czas trwania elektrolizy [s] q - ładunek [C] k współczynnik proporcjonalności, zwany równoważnikiem elektrochemicznym k = M/(z F) M masa molowa z ładunek jonu F - stała Faradaya [kulomb/mol] oznacza całkowity ładunek elektryczny jednego mola elektronów F = N A e: N A - stała Avogadra, e - ładunek elektronu = 1, (70) C F = ,03 ± 1,6 C/mol ~ C/mol.

3 Przykład 1. Ile gramów miedzi wydzieli się na katodzie platynowej podczas elektrolizy wodnego roztworu Cu(NO 3 ) 2 prądem o natężeniu 1A w czasie 9650 sekund? Dane: I = 1 A t = 9650 s M Cu =63,5 g/mol F = C Szukane: m =? Rozwiązanie: reakcja na katodzie: Cu 2+ +2e = Cu z = 2 m = kit = [M/(zF)] It = [63,5/( )] =3,17 g Odpowiedź: Na katodzie wydzieli się 3,17 g miedzi Przykład 2. Elektrolizę wodnego roztworu CuSO 4 prowadzono przez 1,5 godziny prądem o natężeniu 5 A. Jaka jest wartość ładunku który przepłynął przez roztwór? Dane: t = 1,5 h = 90 min. = 5400 s, I = 5A Szukane: q=? Rozwiązanie: q = I t q = = C Odpowiedź: Przez roztwór przepłynął ładunek o wartości 27000C.

4 Przykład 3. Roztwór wodny zawierający 1 mol Cu(NO 3 ) 2 i 1 mol AgNO 3 poddano elektrolizie na elektrodach platynowych przepuszczając ładunek równy 1,5F. Ile gramów substancji wydzieliło się na katodzie? Dane: Wzrost właściwości utleniających kationów K, Na, Ca, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H 2, Cu, Hg, Ag, Au q = 1,5 F Rozwiązanie: Ag + + e = Ag do wydzielenia 1 mola srebra potrzebny jest ładunek = 1F Cu e = Cu z = 2 W roztworze znajduje się 1 mol jonów Ag +, które dzięki przepływającemu ładunkowi wydzielają się całkowicie na katodzie, m Ag = 108g Pozostały ładunek = 1,5F -1F = 0,5 F zostaje przeznaczony na wydzielenia miedzi: m Cu = 63,5g/2F 0,5F = 16 g Odpowiedź: Na katodzie wydzieliło się 108g srebra i 16g miedzi.

5 II. Prawo Faraday a Gdy ładunek, czyli I t = const.: stosunek masy substancji wydzielonej na 1. elektrodzie do masy substancji wydzielonej na elektrodzie 2. ma się jak stosunek współczynników proporcjonalności k: m 1 /m 2 = k 1 /k 2 m 1 /m 2 = M 1 z 2 /M 2 z 1 n 1 z 1 = n 2 z 2 Przykład 1. k = M/(z F) Podczas elektrolizy wodnego roztworu AgNO 3 wydzieliło się 21,6g srebra. Ile gramów miedzi wydzieliłby ten sam ładunek elektryczny przepływający przez roztwór zawierający jony Cu 2+? - Dane: m Ag+ = 21,6g, M Ag = 108g/mol, n 1 ilość moli srebra, z 1 = 1, M Cu = 63,5g/mol, n 2 ilość moli miedzi, z 2 = 2 - Szukane: m Cu =? - Rozwiązanie: Ag + + e = Ag Cu e = Cu n 1 = 21,6/108=0,2 mola n 1 z 1 = n 2 z 2 0,2 1= n 2 2 n 2 = 0,1 m Cu = n 2 M Cu m Cu = 6,35 g - Odpowiedź: Ten sam ładunek elektryczny wydzieliłby 6,35 g.

6 Przykład 2. Jeżeli na anodzie wydzieliło się w czasie elektrolizy stopionego KOH 11,2 dm 3 tlenu (w warunkach normalnych), to jaka jest ilość wydzielonego na katodzie potasu? Dane: V tlenu = 11,2 dm 3, n 1 liczba moli tlenu, z 1 = 4, n 2 liczba moli potasu, z 1 = 1, M K = 39,1g/mol Szukane: m K =? Rozwiązanie: Anoda: 4OH - = O 2 + 4e + 2 H 2 O Katoda: K + + e = K W warunkach normalnych 1 mol gazu - 22,4 dm 3 n 1-11,2 dm 3 n 1 z 1 = n 2 z 2 0,5mola 4= n 2 1 n 2 =2 mole m K = M K n 2 m K = 78,2g n 1 = 0,5 mola Odpowiedź: Na katodzie wydzieliło się 78,2 g potasu

7 Zadania Zadanie 1. Jak długo musi przepływać prąd o natężeniu 1A przez rozcieńczony roztwór H 2 SO 4, aby wydzielić łącznie 0,336 dm 3 gazów (w stanie suchym w warunkach normalnych)? Odp.: 32 min. Zadanie cm 3 wodnego roztworu NaCl poddano elektrolizie. Po jej zakończeniu ph roztworu wynosiło 12,00. Oblicz, jaką objętość zajęły w warunkach normalnych gazowe produkty wydzielone podczas tego procesu. Odp.: 0,112 dm 3 Zadanie 3. Podczas przepływu prądu o natężeniu 3A w ciągu 100 minut przez roztwór soli metalu trójwartościowego wydzieliło się 1,68g metalu. Ile wynosi masa atomowa tego metalu? Odp.: 27g Zadanie 4. Jak długo należy prowadzić elektrolizę prądem o natężeniu 5A roztworu zawierającego w 5dm 3 2 mole AgNO 3 i 2 mole Cu(NO 3 ) 2, aby wydzielić praktycznie całkowicie srebro i miedź z tego roztworu, jeśli wydajność prądowa procesu wynosi 90%? Odp.: ok.. 36h Zadanie 5. Podczas elektrolizy wodnego roztworu KNO 3 na elektrodach wydzieliło się 67,2 dm 3 mieszaniny gazów (w przeliczeniu na warunki normalne). O ile zmniejszyła się objętość roztworu? Gęstość wody = 1g/cm3 Odp.: 36 cm 3 Zadanie 6. Przez roztwór zawierający 1 mol NaCl i 1 mol MgCl 2 przepuszczono ładunek C. Oblicz o ile gramów wzrosła masa katody? Odp.: 24g.

Podobne dokumenty

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1 Elektrochemia elektroliza Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1 ELEKTROLIZA POLARYZACJA ELEKTROD Charakterystyka prądowo-napięciowa elektrolizy i sposób określenia napięcia rozkładu Wykład z Chemii Fizycznej