Question

Опишите процессы, протекающие при электролизе водного раствора гидроксида калия (рН = 12) на угольных электродах. Определите массы веществ (для газов – объемы), которые выделяются на катоде при пропускании тока силой 3 А в течении 10 ч, если КПД работы электролизера составляет 95 %.

Answer 1

Ответ:

Объяснение:

Опишите процессы, протекающие при электролизе водного раствора гидроксида калия (рН = 12) на угольных электродах. Определите массы веществ (для газов – объемы), которые выделяются на катоде при пропускании тока силой 3 А в течении 10 ч, если КПД работы электролизера составляет 95 %.

  При  электролизе водного  раствора  гидроксида  калия  на  катоде  наблюдается  электролиз  молекул  воды,  а на  аноде -  электролиз  гидроксид-ионов.

 На  катоде:   2Н2О   + 2е =  Н₂⁰↑  +  2ОН⁻  

На  аноде     4ОН⁻  - 4 е =  О₂⁰↑   2Н2О

После  того   как  уравняем   количество  электронов  как  катоде  и аноде   получаем  общее  уравнение  электролиза:

Общее  уравнение  электролиза  

2Н2О + 4ОН⁻  = 2Н₂⁰↑  +  О₂⁰↑  +  4ОН⁻

Теперь  уравнивая  гидроксид  ионы  получаем  уравнение  электролиза   воды:   2Н2О  =  2Н₂⁰↑ + О₂⁰↑

При  инертных  электродах,   продолжительности  электролиза 10 часов (36000 с.)  силе  тока   3 А   и  кпд  электролизера  95% )  имеем

                   3 A  × 36000 c  × 11,2 л/моль

V(H2)  =  ------------------------------------------------× 0,95  = 11,9 л  

                               96500  

     3 A  × 36000 c  × 5,6 л/моль

V(О2)  =  ------------------------------------------------× 0,95  = 5,95 л  

                               96500  

Answer 2

Электролиз водного раствора гидроксида калия (KOH) на угольных электродах происходит с участием двух основных процессов: окисления на аноде и восстановления на катоде.

На аноде (положительный электрод), происходит окисление гидроксид-ионов (OH-) воды:

2OH- → 1/2O2 + H2O + 2e-

На катоде (отрицательный электрод), происходит восстановление воды:

2H2O + 2e- → H2 + 2OH-

В данном случае, поскольку раствор гидроксида калия щелочной (рН = 12), концентрация гидроксид-ионов (OH-) высокая, что способствует образованию газообразного кислорода (O2) на аноде и водорода (H2) на катоде.

Теперь посчитаем массы газов (объемы в случае газов) на катоде при пропускании тока 3 А в течение 10 часов.

1. Рассчитаем количество заряда, протекшего через электролизер:

Q = I * t, где Q - количество заряда (количества электричества) в кулонах (Кл), I - сила тока в амперах (А), t - время в секундах (с).

В данном случае: I = 3 А, t = 10 ч = 36000 с Q = 3 * 36000 = 108000 Кл

2. Рассчитаем количество молей водорода, образовавшегося на катоде:

2 молекулы воды (H2O) дают 1 молекулу водорода (H2), следовательно, 1 моль водорода образуется при передаче 2 * 96500 Кл (Фарадеевская постоянная) заряда.

Количество молей водорода (n) = Q / (2 * 96500)

3. Рассчитаем массу водорода, используя молярную массу водорода (H2 = 2 г/моль):

Масса водорода (m) = n * молярная масса H2

4. Учитывая КПД работы электролизера (95%), корректировка будет:

Масса водорода (m) = m / КПД

Теперь проведем вычисления:

n = 108000 / (2 * 96500) ≈ 0.560 моль m = 0.560 * 2 г/моль ≈ 1.120 г Коррекция КПД: m = 1.120 г / 0.95 ≈ 1.179 г

Итак, при пропускании тока силой 3 А в течение 10 часов через электролизер, на катоде выделится примерно 1.179 г водорода.