1. При электролизе раствора CdSO4 в течении 1 ч током в 268 мА одновременно с никелем выделился водород в количестве 11.2 мл (н. у.) . Вычислите выход по току для кадмия.
2. Рассчитать потенциал никелевого электрода в 270 мл. раствора NiCl2 содержащего 2.8 г этой соли при t=18 градусов Цельсия. (Eэл. ср. =0)
Δt = 1 ч = 3600 с
I = 0,268 A
V(H2) = 11,2 мл = 11,2*10^(-3) л
F = 965480 Кл/моль
Сульфат кадмия CdSO4 – соль, образованная слабым основанием Cd(OH)2 и сильной кислотой H2SO4 которая в водном растворе гидролизуется по катиону.
2CdSO4 + 2Н2О = (CdOH)2SO4 + H2SO4
Cd (2+) + Н2О = CdOH(+) + Н (+) (pH < 7 – среда кислая)
Анодный процесс
При электролизе растворов солей, содержащих в своем составе сульфат-ион SO4(2-) на аноде происходит электрохимическое окисление воды с выделением свободного кислорода.
Анод (+) 2Н2О – 4е = 4Н (+) + О2↑ (рН < 7)
Катодный процесс.
Поскольку кадмий в электрохимическом ряду напряжений стоит после алюминия и до водорода, то на катоде одновременно будут протекать два процесса – восстановление ионов Cd(2+) и восстановление ионов водорода Н (+) (поскольку среда кислая)
Cd(2+) + 2e = Cd↓
2H(+) + 2e = H2↑
Суммарная реакция на катоде
Катод (-) Cd(2+) + 2H(+) + 4e = Cd + H2↑
Тогда процессы окисления – восстановления, протекающие при электролизе раствора сульфата кадмия CdSO4
2Н2О – 4е = 4Н (+) + О2↑ | 1 - окисление
Cd(2+) + 2H(+) + 4e = Cd + H2↑ | 1 – восстановление
Суммарно
Cd(2+) + 2H(+) + 2Н2О = Cd + H2↑ + 4Н (+) + О2↑
После приведения подобных
Cd(2+) + 2Н2О = Cd + H2↑ + 2Н (+) + О2↑
Уравнение реакции в молекулярном виде
CdSO4 + 2Н2О = Cd + H2↑ + Н2SO4 + О2↑
Поскольку на катоде одновременно протекают два процесса – восстановление ионов Cd(2+) и восстановление ионов водорода H(+), то суммарное количество электричества, затраченное на восстановление ионов кадмия и водорода, будет равно количеству электричества, прошедшего через электролит.
Чтобы найти выход по току для кадмия найдем выход по току для водорода.
Эквивалентный объем водорода найдем как эквивалентный объем двухатомного газа при н. у.
Vэкв (Н2) = Vm/(2*z(Н2)) = 22,4/(2*1) = 11,2 л
Vm = 22,4 л/моль – молярный объем при н. у.
z(Н2) = 1 – число связей в молекуле Н2
По первому закону Фарадея найдем количество электричества, затраченное на восстановление водорода объемом 11,2 мл.
V(H2) = Vэкв (Н2)*q(H2)/F
q(H2) = V(H2)*F/Vэкв (Н2) = 11,2*10^(-3)*96480/11,2 = 96,48 Кл
Суммарное количество электричества, прошедшее через электролит.
q = I*Δt = 0,268*3600 = 964,8 Кл
Количество электричества, затраченное на восстановление ионов кадмия.
q(Cd) = q – q(H2) = 964,8 – 96,48 = 868,32 Кл
Выход по току для кадмия
η(Cd) = [q(Cd)/q]*100% = [868,32/964,8]*100% = 90%
⇢