Question

Составьте схему процессов, происходящих на электродах, при электролизе водного раствора Х. Вычислите время, в течение которого должен быть пропущен ток силой I A через раствор, чтобы на катоде выделилось m (г) металла Раствор NiSO4 Катод платиновый Анод платиновый I, А - 1,5 m(г) - 5,9

Answer 1

Из условия задачи  следует, что на платиновом катоде происходит восстановление катионов никеля до металла:

Ni 2+ + 2e- = Ni

На платиновом аноде будет  происходить окисление воды до свободного кислорода:

 H2O – 2e- = 2 H+ + ½ O2  

Суммарное уравнение:

NiSO 4 + H2O = Ni + H2SO4 + 1/2 O2

A(Ni) = 58.693 г/моль

По закону электролиза Фарадея  масса выделившегося металла m равна:

m = ItM/(Fz),

где I-сила тока (А или Кл/с), t – время (с), M – молярная масса металла (г/моль), F – постоянная   Фарадея (96485 Кл/моль), z – число электронов, участвующих в реакции восстановления металла.

t = Fmz/(MI) = 96485 Кл/моль *  5,9 г * 2 / (58,693 г/моль * 1,5 Кл/с) = 12932 с = 3 ч 35 м 32 с

Answer 2

Для составления схемы процессов электролиза водного раствора \(X\) (в данном случае раствора \(NiSO_4\)) на платиновых электродах, а также для вычисления времени электролиза, давайте рассмотрим реакции, происходящие на катоде и аноде, и затем проведем расчеты.

1. Схема процессов:

Электролиз водного раствора \(NiSO_4\) на платиновых электродах:

Катод (восстановление): \[ Ni^{2+} + 2e^- \rightarrow Ni \]

Анод (окисление воды): \[ 2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^- \]

Общее уравнение электролиза: \[ Ni^{2+} + 2H_2O \rightarrow Ni + O_2 + 4H^+ \]

2. Вычисление времени электролиза:

Для вычисления времени электролиза используется уравнение неравновесного электролиза:

\[ Q = It \]

где: \( Q \) - количество зарядов (в кулонах), \( I \) - сила тока (в амперах), \( t \) - время (в секундах).

Моль электронов, необходимых для выделения \( m \) г металла (в данном случае \( Ni \)), можно выразить через молекулярную массу металла и число молекул:

\[ n = \frac{m}{M} \]

где: \( n \) - количество молей электронов, \( m \) - масса металла (в г), \( M \) - молекулярная масса металла (в г/моль).

Затем количество зарядов можно найти, умножив количество молей электронов (\( n \)) на число Авогадро (\( N_A \)) и заряд элементарного электрона (\( e \)):

\[ Q = n \times N_A \times e \]

С учетом этого уравнения можно выразить время (\( t \)):

\[ t = \frac{Q}{I} \]

3. Расчет времени:

Давайте подставим известные значения:

Молекулярная масса \( Ni \) (\( M \)): 58.69 г/моль, Заряд элементарного электрона (\( e \)): 1.602 x \(10^{-19}\) Кл, Сила тока (\( I \)): 1.5 A, Масса \( Ni \) (\( m \)): 5.9 г.

\[ n = \frac{5.9}{58.69} \approx 0.1 \, моль \]

\[ Q = 0.1 \times 6.022 \times 10^{23} \times 1.602 \times 10^{-19} \, Кл \approx 9.62 \, Кл \]

Теперь можем вычислить время \( t \):

\[ t = \frac{9.62}{1.5} \approx 6.41 \, секунд \]

Таким образом, время электролиза, необходимое для выделения \(5.9 \, г\) никеля на платиновом катоде при силе тока \(1.5 \, A\), составляет примерно \(6.41 \, секунд\).