Какая масса соли CuSO4*5H20 (медный купорос) понадобится для электролиза, чтобы покрыть пластину с общей поверхностью 300 см^2 слоем меди толщиной 0,5 мм?
Сколько времени следует проводить электролиз при токе 5А?
Плотность меди: 8,6 г/см^3.
Записать электродные процессы. Анод нерастворим.
Соль CuSO4 образована слабым основанием Cu(OH)2 и сильной кислотой H2SO4. В водном растворе сульфат меди (II) подвергнется гидролизу.
Cu(2+) + H2O = CuOH(+) + H(+) (рН < 7 – кислая среда)
Анодный процесс.
При электролизе на инертном электроде растворов, содержащих в своем составе анион SO4(2-), на аноде происходит электрохимическое окисление воды с выделением свободного кислорода.
Анод (+) 2Н2О – 4е = 4Н (+) + О2↑(рН < 7 – среда кислая)
Катодный процесс.
Поскольку медь в электрохимическом ряду напряжений стоит после водорода, то на катоде будет происходить восстановление ионов Cu(2+). Катодом будем служить пластина, которая подвергается омеднению.
Катод (-) Cu(2+) + 2e = Cu↓
Тогда процессы окисления – восстановления, протекающие при электролизе раствора сульфата меди.
Анод (+) 2Н2О – 4е = 4Н (+) + О2↑ | 1 - окисление
Катод (-) Cu(2+) + 2e = Cu↓ | 2 – восстановление
Суммарно
2Cu(2+) + 2Н2О = 2Cu↓ + 4Н (+) + О2↑
Итак, в результате электролиза раствора сульфата меди на аноде выделяется молекулярный кислород, а на катоде осаждается медь. Кроме того, у анода образуется раствор H2SO4. Тогда суммарное уравнение электролиза сульфата меди в растворе.
2CuSO4 + 2H2O = 2Cu↓ + 2H2SO4 + О2↑
Объем медного покрытия
V = S*h = 300*0,05 = 15 см3
Масса меди, необходимая для медного покрытия.
m(Cu) = V*ρ = 15*8,6 = 129 г
Количество вещества выделившейся на катоде меди
n(Cu) = m(Cu)/M(Cu) = 129/64 = 2,02 моль
По уравнению реакции
n(CuSO4) = n(Cu) = 2,02 моль
Количество вещества кристаллогидрата CuSO4*5H2О
n(CuSO4*5Н2О) = n(CuSO4) = 2,02 моль
Масса кристаллогидрата CuSO4*5H2О
m(CuSO4*5H2О) = n(CuSO4*5Н2О) *M(CuSO4*5Н2О) = 2,02*250 = 505 г
Масса выделившейся на катоде меди по первому закону Фарадея.
m(Cu) = M(Cu)*I*Δt/(z(Cu)*F)
Тогда время электролиза.
Δt = m(Cu)*z(Cu)*F/(M(Cu)*I) = 129*2*96500/(64*5) = 77803 c = 1296 мин 43 с = 21 ч 36 мин 43 с
z(Cu) = 2 – число электронов принятых ионами Cu(2+) при восстановлении
F = 96500 Кл/моль – постоянная Фарадея
⇢