아황산나트륨 용액의 전기분해 방정식. 용융물 및 물질 용액의 전기분해
모듈 2. 화학의 기본 과정과 물질의 특성
연구실 #7
주제: 염 수용액의 전기분해
전기분해에 의해전류가 용액이나 전해질이 녹을 때 전극에서 발생하는 산화 환원 과정이라고합니다.
전해액이나 용융액에 일정한 전류가 흐르면 양이온은 음극으로, 음이온은 양극으로 이동합니다. 산화 환원 과정은 전극에서 발생합니다. 음극은 양이온에 전자를 주기 때문에 환원제이고, 양극은 음이온으로부터 전자를 받기 때문에 산화제입니다. 전극에서 일어나는 반응은 전해질의 조성, 용매의 성질, 전극의 재료, 전지의 작동 방식에 따라 달라집니다.
염화칼슘 용해의 전기분해 과정의 화학:
CaCl 2 ↔ Ca 2+ + 2Cl -
음극에서 Ca 2+ + 2e → Ca °
양극에서 2Cl - - 2e → 2C1 ° → C1 2
불용성 양극에서 황산 칼륨 용액의 전기 분해는 개략적으로 다음과 같습니다.
K 2 SO 4 ↔ 2K + + SO 4 2 -
H 2 O ↔ H + + OH -
음극에서 2Н + + 2е→2Н°→ Н 2 2
양극에서 4OH - 4e → O 2 + 4H + 1
K 2 SO 4 + 4H 2 O 2H 2 + O 2 + 2K0H + H 2 SO 4
목적:소금 용액의 전기 분해에 익숙해지기.
장치 및 장비:전류 정류기, 전해조, 탄소 전극, 사포, 컵, 세탁기.
쌀. 1. 수행 장치
전기분해
1 - 전해조;
2 - 전극;
3-도전선; DC 소스.
시약 및 솔루션:염화구리 5% 용액 СuС1 2, 요오드화칼륨 KI , 황산수소칼륨 KHSO 4 , 황산나트륨 Na 2 SO 4 , 황산구리 CuSO 4 , 황산아연 ZnSO 4 , 20% 수산화나트륨 용액 NaOH, 구리 및 니켈 플레이트, 페놀프탈레인 용액, 질산(농축) HNO 3 , 1% 전분 용액, 중성 리트머스 종이, 10% 황산 용액 H 2 SO 4 .
경험 1. 불용성 전극을 사용한 염화구리의 전기분해
전해조를 5% 염화구리 용액으로 부피의 절반까지 채웁니다. 흑연 막대를 전해조의 양쪽 무릎으로 내리고 세그먼트와 고무 튜브에 느슨하게 고정합니다. 도체가 있는 전극의 끝을 직류 소스에 연결합니다. 약간의 염소 냄새가 나면 즉시 전원에서 전해조를 분리하십시오. 음극에서는 어떤 일이 발생합니까? 전극 반응의 방정식을 만드십시오.
경험 2. 불용성 전극을 이용한 요오드화칼륨의 전기분해
전해조에 5% 요오드화칼륨 용액을 채웁니다. 각 무릎에 페놀프탈레인 2방울을 떨어뜨립니다. 반죽 안에전해조 흑연 전극의 각 무릎을 연결하고 직류 소스에 연결합니다.
어느 무릎에서 용액이 색이 변했습니까? 각 무릎에 전분 페이스트 1방울을 추가합니다. 요오드는 어디서, 왜 방출되는가? 전극 반응의 방정식을 만드십시오. 음극 공간에는 무엇이 형성됩니까?
경험 3. 불용성 전극을 사용한 황산나트륨의 전기분해
전해조 부피의 절반을 5% 황산나트륨 용액으로 채우고 각 무릎에 메틸 오렌지 또는 리트머스 2방울을 추가합니다. 양쪽 무릎에 전극을 삽입하고 직류 전원에 연결합니다. 당신의 관찰을 기록하십시오. 전해질 용액이 전극마다 다른 색으로 변하는 이유는 무엇입니까? 전극 반응의 방정식을 만드십시오. 어떤 가스와 전극에서 방출되는 이유는 무엇입니까? 황산나트륨 수용액의 전기 분해 과정의 본질은 무엇입니까?
전기분해
금속을 얻는 방법 중 하나는 전기 분해입니다. 활성 금속은 화학적 화합물의 형태로만 자연에서 발생합니다. 자유 상태에서 이러한 화합물을 분리하는 방법은 무엇입니까?
전해질의 용액과 용융물은 전류를 전도합니다. 그러나 전해액에 전류가 흐르면 화학 반응이 일어날 수 있습니다. 두 개의 금속판이 전해질 용액이나 용융물에 놓이면 어떻게 될지 생각해보십시오. 각각은 전류 소스의 극 중 하나에 연결되어 있습니다. 이러한 판을 전극이라고 합니다. 전류는 움직이는 전자의 흐름입니다. 회로의 전자가 한 전극에서 다른 전극으로 이동한다는 사실의 결과로 전극 중 하나에 과량의 전자가 나타납니다. 전자는 음전하를 가지므로 이 전극은 음전하를 띠게 됩니다. 음극이라고 합니다. 다른 전극에서는 전자가 부족하여 양전하를 띠고 있습니다. 이 전극을 양극이라고 합니다. 용액 또는 용융물의 전해질은 양전하를 띤 이온(양이온)과 음전하를 띤 이온(음이온)으로 해리됩니다. 양이온은 음전하를 띤 전극인 음극에 끌립니다. 음이온은 양전하를 띤 전극인 양극에 끌립니다. 전극의 표면에서는 이온과 전자의 상호작용이 일어날 수 있습니다.
전기 분해는 전류가 용액 또는 전해질의 용융물에 흐를 때 발생하는 과정을 말합니다.
용액의 전기 분해 및 전해질의 용융 중에 발생하는 프로세스는 상당히 다릅니다. 이 두 가지 경우를 자세히 살펴보겠습니다.
용융 전기 분해
예를 들어 염화나트륨 용융물의 전기분해를 고려하십시오. 용융물에서 염화나트륨은 이온으로 해리됩니다.나+
및 Cl - : NaCl = Na + + Cl -
나트륨 양이온은 음전하를 띤 전극(음극)의 표면으로 이동합니다. 음극 표면에 과량의 전자가 있습니다. 따라서 전극 표면에서 나트륨 이온으로 전자가 이동합니다. 동시에 이온나+ 나트륨 원자로 전환, 즉 양이온이 환원됩니다.나+ . 공정 방정식:
나 + + 전자 - = 나
염화물 이온 Cl - 양으로 대전 된 전극의 표면으로 이동하십시오 - 양극. 양극 표면에 부족한 전자가 생성되고 음이온에서 전자가 이동합니다. Cl- 전극의 표면에. 동시에 음전하를 띤 이온 Cl- 염소 원자로 전환되어 즉시 결합하여 염소 분자 C를 형성합니다. l2 :
2C l - -2e - \u003d Cl 2
염화물 이온은 전자를 잃습니다. 즉, 산화됩니다.
음극과 양극에서 일어나는 과정의 방정식을 함께 쓰자
나 + + 전자 - = 나
2 C l - -2 e - \u003d Cl 2
하나의 전자는 나트륨 양이온의 환원 과정에 관여하고 2개의 전자는 염소 이온의 산화 과정에 관여합니다. 그러나 전하보존의 법칙, 즉 용액 내 모든 입자의 총 전하는 일정해야 하므로 나트륨 양이온의 환원에 관여하는 전자의 수는 전자의 수와 같아야 합니다. 염화물 이온의 산화에 관여하므로 첫 번째 방정식에 2를 곱합니다.
Na + + e - \u003d Na 2
2C l - -2e - \u003d Cl 2 1
우리는 두 방정식을 함께 더하고 반응에 대한 일반 방정식을 얻습니다.
2 Na + + 2C l - \u003d 2 Na + Cl 2 (이온 반응식), 또는
2 NaCl \u003d 2 Na + Cl 2 (분자 반응식)
따라서 고려된 예에서 전기분해가 산화환원 반응임을 알 수 있습니다. 음극에서 양으로 하전된 이온의 환원 - 양이온, 양극에서 - 음으로 하전된 이온의 산화 - 음이온. 어떤 프로세스가 어디에서 발생하는지 기억하기 위해 "T 규칙"을 사용할 수 있습니다.
음극 - 양이온 - 환원.
실시예 2수산화나트륨 용해물의 전기분해.
용액의 수산화나트륨은 양이온과 수산화 이온으로 해리됩니다.
음극(-)<-- Na + + OH - à Анод (+)
음극 표면에서 나트륨 양이온이 환원되고 나트륨 원자가 형성됩니다.
음극(-) Na + +e à Na
수산화물 이온은 양극 표면에서 산화되고 산소가 방출되고 물 분자가 형성됩니다.
음극(-) Na + + e à Na
양극 (+)4 OH - - 4 e à 2 H 2 O + O 2
나트륨 양이온의 환원과 수산화 이온의 산화에 관여하는 전자의 수는 같아야 합니다. 첫 번째 방정식에 4를 곱해 보겠습니다.
음극(-) Na + + e à Na 4
양극 (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2 1
두 방정식을 함께 사용하면 전기 분해 반응에 대한 방정식을 얻을 수 있습니다.
4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2
실시예 3용융물의 전기분해를 고려하십시오. Al2O3
이 반응을 이용하여 산화알루미늄을 많이 함유한 천연화합물인 보크사이트로부터 알루미늄을 얻는다. 산화알루미늄의 녹는점이 매우 높기 때문에(2000ºC 이상) 특수 첨가제를 첨가하여 융점을 800-900ºC로 낮춥니다. 용융물에서 산화알루미늄은 이온으로 해리됩니다. Al 3+ 및 O 2-. 시간 양이온은 음극에서 환원알 3+ , 알루미늄 원자로 변하기:
알 +3 알 알
음이온은 양극에서 산화오 2- 산소 원자로 변합니다. 산소 원자는 즉시 O 2 분자로 결합합니다.
2 O 2- – 4 e à O 2
알루미늄 양이온의 환원과 산소 이온의 산화에 관여하는 전자의 수는 같아야 하므로 첫 번째 방정식에 4를 곱하고 두 번째 방정식에 3을 곱합니다.
알 3+ +3 알 0 4
2 O 2- – 4 e à O 2 3
두 방정식을 더하고 다음을 얻습니다.
4 Al 3+ + 6 O 2- a 4 Al 0 +3 O 2 0 (이온 반응식)
2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2
용액 전기분해
수성 전해질 용액을 통해 전류를 통과시키는 경우 전자와 상호 작용할 수 있는 용액에 물 분자가 존재하기 때문에 문제가 복잡해집니다. 물 분자에서 수소와 산소 원자는 극성 공유 결합으로 연결되어 있음을 상기하십시오. 산소의 전기 음성도는 수소의 전기 음성도보다 크므로 공유 전자 쌍은 산소 원자 쪽으로 이동합니다. 산소 원자에서 부분적인 음전하가 발생하면 δ-로 표시되고 수소 원자에서 부분적으로 양전하를 띠면 δ+로 표시됩니다.
δ+
H-O δ-
│
Hδ+
이러한 전하 이동으로 인해 물 분자는 양극 및 음극 "극"을 갖습니다. 따라서 물 분자는 양전하를 띤 극에 의해 음으로 하전된 전극(음극)에, 음극에 의해 양전하를 띤 전극(양극)에 끌릴 수 있습니다. 음극에서 물 분자가 환원되고 수소가 방출됩니다.
물 분자의 산화는 산소 방출과 함께 양극에서 발생할 수 있습니다.
2 H 2 O - 4e - \u003d 4H + + O 2
따라서 전해질 양이온이나 물 분자는 음극에서 환원될 수 있습니다. 이 두 프로세스는 서로 경쟁하는 것처럼 보입니다. 음극에서 실제로 일어나는 과정은 금속의 성질에 달려 있습니다. 금속 양이온 또는 물 분자가 음극에서 환원되는지 여부는 금속의 위치에 따라 다릅니다. 일련의 금속 응력 .
Li K Na Ca Mg Al ¦¦ Zn Fe Ni Sn Pb(H 2) ¦¦ Cu Hg Ag Au
금속이 수소 오른쪽의 전압 계열에 있으면 음극에서 금속 양이온이 환원되고 자유 금속이 방출됩니다. 금속이 알루미늄 왼쪽의 전압 계열에 있으면 음극에서 물 분자가 감소하고 수소가 방출됩니다. 마지막으로 아연에서 납으로의 금속 양이온의 경우 금속 발생 또는 수소 발생이 발생할 수 있으며 때로는 수소와 금속이 동시에 발생합니다. 일반적으로 이것은 다소 복잡한 경우이며 반응 조건, 즉 용액의 농도, 전류 강도 및 기타 사항에 크게 좌우됩니다.
전해질 음이온의 산화 또는 물 분자의 산화라는 두 가지 과정 중 하나가 양극에서도 발생할 수 있습니다. 어떤 과정이 실제로 일어나는지는 음이온의 성질에 달려 있습니다. 무산소산의 염 또는 산 자체의 전기분해 동안 음이온은 양극에서 산화됩니다. 유일한 예외는 불소 이온입니다.에프- . 산소 함유 산의 경우 양극에서 물 분자가 산화되고 산소가 방출됩니다.
실시예 1염화나트륨 수용액의 전기분해를 살펴보자.
염화나트륨 수용액에는 나트륨 양이온이 있습니다. Na + , 염소 음이온 Cl - 및 물 분자.
2 NaCl a 2 Na + + 2 Cl -
2Н 2 О а 2 H + + 2 OH -
음극(-) 2 Na + ; 2 H + ; 2Н + + 2е а Н 0 2
양극(+) 2 Cl - ; 2OH-; 2 Cl - - 2e a 2 Cl 0
2NaCl + 2H 2 O à H 2 + Cl 2 + 2NaOH
화학적인 활동 음이온 거의 감소합니다.
실시예 2소금이 들어있다면? SO 4 2- ? 황산니켈 용액의 전기분해를 고려하십시오( II ). 황산니켈( II ) 이온으로 해리 Ni 2+ 및 SO 4 2-:
NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-
H 2 O à H + + OH -
니켈 양이온은 금속 이온 사이에 있습니다. Al 3+ 및 Pb 2+ , 전압 시리즈의 중간 위치를 차지하는 음극에서의 복구 프로세스는 두 가지 방식에 따라 발생합니다.
2 H 2 O + 2e - \u003d H 2 + 2OH -
산소 함유 산의 음이온은 양극에서 산화되지 않습니다( 음이온 활동 시리즈 ), 물 분자가 산화됩니다.
양극 e à O 2 + 4H +
캐소드와 애노드에서 일어나는 과정의 방정식을 함께 써봅시다:
음극(-) Ni 2+ ; H + ; Ni 2+ + 2е а Ni 0
2 H 2 O + 2e - \u003d H 2 + 2OH -
양극 (+) SO 4 2- ; OH -, 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H +
4개의 전자는 환원 과정에 관여하고 4개의 전자는 산화 과정에도 관여합니다. 이 방정식을 종합하면 일반 반응 방정식을 얻습니다.
Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + 2OH - + O 2 + 4 H +
방정식의 오른쪽에는 동시에 H + 이온과오- , 결합하여 물 분자를 형성합니다.
H + + OH - à H 2 O
따라서 방정식의 오른쪽에는 4개의 H + 이온과 2개의 이온 대신오- 우리는 2개의 물 분자와 2개의 H + 이온을 씁니다.
Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 +2 H 2 O + O 2 + 2 H +
방정식의 양변에 있는 두 개의 물 분자를 줄이겠습니다.
Ni 2+ +2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2 H +
이것은 짧은 이온 방정식입니다. 완전한 이온 방정식을 얻으려면 황산 이온의 두 부분에 모두 추가해야 합니다. SO 4 2- , 황산니켈이 해리되는 동안 형성됨( II ) 반응에 참여하지 않음:
Ni 2+ + SO 4 2- + 2H 2 O à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2H + + SO 4 2-
따라서 황산니켈 용액을 전기분해하는 동안( II ) 수소와 니켈은 음극에서 방출되고 산소는 양극에서 방출됩니다.
NiSO 4 + 2H 2 O à Ni + H 2 + H 2 SO 4 + O 2
실시예 3 불활성 양극으로 황산 나트륨 수용액을 전기 분해하는 동안 발생하는 과정의 방정식을 쓰십시오.
시스템의 표준 전극 전위나 + + 전자 = 나 0은 중성 수성 매질(-0.41V)에서 물 전극의 전위보다 훨씬 더 음수이므로 수소 발생과 함께 음극에서 물의 전기화학적 환원이 발생합니다.
2Н 2 О а 2 H + + 2 OH -
및 Na 이온 + 음극으로 오는 것은 용액의 인접한 부분(음극 공간)에 축적됩니다.
양극에서 물의 전기화학적 산화가 일어나 산소가 방출됩니다.
2 H 2 O - 4e à O 2 + 4 H +
이 시스템에 해당하기 때문에 표준 전극 전위 (1.23V)는 시스템을 특성화하는 표준 전극 전위(2.01V)보다 현저히 낮습니다.
2 SO 4 2- + 2 e \u003d S 2 O 8 2-.
이온 SO 4 2- 전기분해 동안 양극 쪽으로 이동하면 양극 공간에 축적됩니다.
음극 공정의 방정식에 2를 곱하고 양극 공정의 방정식에 더하면 전기 분해 공정의 전체 방정식을 얻습니다.
6 H 2 O \u003d 2 H 2 + 4 OH - + O 2 + 4 H +
이온이 음극 공간에 동시에 축적되고 이온이 양극 공간에 동시에 축적된다는 점을 고려하면 전체 공정 방정식은 다음과 같은 형식으로 작성할 수 있습니다.
6H 2 O + 2Na 2 SO 4 \u003d 2H 2 + 4Na + + 4OH - + O 2 + 4H + + 2SO 4 2-
따라서 수소와 산소의 방출과 동시에 수산화나트륨(음극 공간에서)과 황산(음극 공간에서)이 형성됩니다.
실시예 4황산구리 용액의 전기분해( II) CuSO4.
음극(-)<-- Cu 2+ + SO 4 2- à анод (+)
음극(-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2
양극(+) 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H + 1
H + 이온은 용액에 남아 있고 SO 4 2- , 황산이 축적되기 때문입니다.
2CuSO 4 + 2H 2 O à 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2
실시예 5 염화구리 용액의 전기분해( II) CuCl 2 .
음극(-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)
음극(-) Cu 2+ + 2e à Cu 0
양극(+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2
두 방정식 모두 두 개의 전자를 포함합니다.
Cu 2+ + 2e à Cu 0 1
2Cl --– 2e à Cl 2 1
Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (이온 방정식)
CuCl 2 à Cu + Cl 2 (분자 방정식)
실시예 6 질산은 용액의 전기분해 AgNO3.
음극(-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)
음극(-) Ag + + e à Ag 0
양극(+) 2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H +
Ag + + e à Ag 0 4
2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H + 1
4 Ag + + 2 H 2 O à 4 Ag 0 + 4 H + + 영형 2 (이온 방정식)
4 Ag + + 2 시간 2 영형à 4 Ag 0 + 4 시간 + + 영형 2 + 4 아니 3 - (완전 이온 방정식)
4 AgNO 3 + 2 시간 2 영형à 4 Ag 0 + 4 HNO 3 + 영형 2 (분자 방정식)
실시예 7 염산 용액의 전기 분해염산.
음극(-)<-- 시간 + + 클 - à 양극(+)
음극(-) 2시간 + + 2 이자형à 시간 2
양극(+) 2클 - – 2 이자형à 클 2
2 시간 + + 2 클 - à 시간 2 + 클 2 (이온 방정식)
2 염산à 시간 2 + 클 2 (분자 방정식)
실시예 8 황산 용액의 전기 분해시간 2 그래서 4 .
음극 (-) <-- 2H + + SO 4 2- à 양극 (+)
음극(-)2H+ + 2eà H2
양극(+) 2H 2 O - 4이자형à O2+4H+
2H+ + 2eà H 2 2
2H2O-4이자형à O 2 + 4H+1
4H+ + 2H2Oà 2H 2 + 4H+ + O 2
2H2Oà 2H2+O2
예시 9. 수산화칼륨 용액의 전기분해코.
음극(-)<-- 케이 + + 오 - à 양극(+)
칼륨 양이온은 음극에서 환원되지 않을 것입니다. 칼륨은 알루미늄 왼쪽에 있는 전압 계열의 금속이기 때문입니다. 대신 물 분자는 환원됩니다.
2H2O + 2eà H 2 + 2OH - 4OH - -4eà 2H2O+O2
음극(-)2H2O+2eà H 2 + 2OH - 2
양극(+) 4OH - - 4eà 2H 2 O + O 2 1
4H 2 O + 4OH -à 2H 2 + 4OH - + 2H 2 O + O 2
2 시간 2 영형à 2 시간 2 + 영형 2
실시예 10 질산칼륨 용액의 전기분해크노 3 .
음극 (-) <-- K + + NO 3 - à 양극 (+)
2H2O + 2eà H 2 + 2OH - 2H 2 O - 4이자형à O2+4H+
음극(-)2H2O+2eà H 2 + 2OH-2
양극(+) 2H 2 O - 4이자형à O 2 + 4H+1
4H2O + 2H2Oà 2H2+4OH-+4H++ O2
2H2Oà 2H2+O2
전류가 알루미늄의 왼쪽에 있는 금속의 전압 계열에 있는 금속과 산소 함유 산, 알칼리 및 산소 함유 산의 염 용액을 통과하면 물 전기분해가 실제로 발생합니다. 이 경우 수소는 음극에서, 산소는 양극에서 방출됩니다.
결론. 전해질 수용액의 전기 분해 생성물을 결정할 때 가장 간단한 경우 다음 고려 사항에 따라 안내할 수 있습니다.
1. 표준 전위의 대수 값이 작은 금속 이온 - ~에서리 + ~ 전에알 3+ 포괄적 - 전자를 재부착하는 경향이 매우 약하여 이온에 대해 항복함시간 + (센티미터. 양이온 활동 시리즈). 이러한 양이온을 포함하는 화합물 수용액의 전기분해에서 음극의 산화제의 기능은 이온에 의해 수행됩니다.시간 + , 구성표에 따라 복원하는 동안:
2 시간 2 영형+ 2 이자형à 시간 2 + 2OH -
2. 표준 전위의 양의 값을 갖는 금속 양이온(구 2+ , Ag + , HG 2+ 등) 이온보다 전자를 부착하는 경향이 더 큽니다. 염 수용액을 전기분해하는 동안 이러한 양이온은 음극에서 산화제의 기능을 방출하는 반면 다음과 같은 방식에 따라 금속으로 환원됩니다.
구 2+ +2 이자형à 구 0
3. 금속염 수용액의 전기분해 중아연, 철, CD, 니전압 계열에서 나열된 그룹 사이의 중간 위치를 차지하는 기타는 음극에서 환원 과정이 두 방식에 따라 발생합니다. 방출된 금속의 질량은 이러한 경우에 흐르는 전류의 양과 일치하지 않으며, 그 중 일부는 수소 형성에 사용됩니다.
4. 전해질 수용액에서 단원자 음이온(클 - , 브르 - , 제이 - ), 산소 함유 음이온(아니 3 - , 그래서 4 2- , 포 4 3- 및 기타), 뿐만 아니라 물의 하이드록실 이온. 이들 중 할로겐 이온은 다음을 제외하고는 더 강한 환원 특성을 갖는다.에프. 이온오그들과 다 원자 음이온 사이의 중간 위치를 차지합니다. 따라서 수용액을 전기분해하는 동안염산, HBr, HJ또는 양극의 염, 할로겐화물 이온은 다음 반응식에 따라 산화됩니다.
2 엑스 - -2 이자형à 엑스 2 0
황산염, 질산염, 인산염 등의 수용액을 전기분해하는 동안 환원제의 기능은 이온에 의해 수행되는 반면 반응식에 따라 산화됩니다.
4 호 – 4 이자형à 2 시간 2 영형 + 영형 2 + 4 시간 +
.
작업.
지 ㅏ dacha 1. 황산구리 용액을 전기분해하는 동안 음극에서 구리 48g이 방출되었습니다. 양극에서 방출되는 기체의 부피와 용액에 형성된 황산의 질량을 구하십시오.
용액의 황산구리는 이온을 해리하지 않습니다.C 2+ 및에스0 4 2 ".
CuS0 4 \u003d Cu 2+ + S0 4 2 "
캐소드와 애노드에서 일어나는 과정의 방정식을 적어보자. Cu 양이온은 음극에서 환원되고 물의 전기분해는 양극에서 발생합니다.
Cu 2+ + 2e- \u003d Cu12
2H 2 0-4e- = 4H + + 0 2 |1
일반 전기분해 방정식:
2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + 4H+ + O2(짧은 이온 방정식)
황산구리의 해리 동안 형성되는 각각 2개의 황산염 이온을 방정식의 양변에 추가하면 완전한 이온 방정식을 얻습니다.
2Cu2+ + 2S042" + 2H20 = 2Cu + 4H+ + 2SO4 2" + O2
2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2
양극에서 방출되는 가스는 산소입니다. 용액에서 황산이 형성됩니다.
구리의 몰 질량은 64g / mol이며 구리 물질의 양을 계산합니다.
반응식에 따르면 양극에서 구리 2몰이 방출되면 산소 1몰이 방출된다. 0.75mol의 구리가 음극에서 방출되고 xmol의 산소가 양극에서 방출되도록 합니다. 비율을 만들어 봅시다.
2/1=0.75/x, x=0.75*1/2=0.375mol
0.375mol의 산소가 양극에서 방출되었으며,
v(O2) = 0.375몰.
방출된 산소의 양을 계산합니다.
V(O2) \u003d v (O2) "VM \u003d 0.375 mol" 22.4 l / mol \u003d 8.4 l
반응식에 따르면 음극에서 구리 2몰이 방출되면 용액에 황산 2몰이 생성되는데, 이는 음극에서 구리 0.75몰이 방출되면 황산 0.75몰이 생성된다는 뜻이다. 용액에서 v(H2SO4) = 0.75 mol . 황산의 몰 질량을 계산하십시오.
M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98g/mol.
황산의 질량을 계산하십시오.
m (H2S04) \u003d v (H2S04> M (H2S04) \u003d \u003d 0.75 mol \u003d 98 g / mol \u003d 73.5 g.
대답: 8.4리터의 산소가 양극에서 방출되었습니다. 73.5g의 황산이 용액에서 형성되었다.
과제 2. 염화칼륨 111.75g을 함유한 수용액을 전기분해하는 동안 음극과 양극에서 방출되는 기체의 부피를 구하라. 용액에서 어떤 물질이 생성됩니까? 질량을 찾으십시오.
용액의 염화칼륨은 K+ 및 Cl 이온으로 해리됩니다.
2KS1 \u003d K + + Cl
칼륨 이온은 음극에서 환원되지 않고 대신 물 분자가 환원됩니다. 염화물 이온은 양극에서 산화되고 염소가 방출됩니다.
2H2O + 2e "= H2 + 20H-|1
2SG-2e "= C12|1
일반 전기분해 방정식:
2CHl + 2H2O \u003d H2 + 2OH "+ C12 (짧은 이온 방정식) 용액에는 염화칼륨의 해리 중에 형성되어 반응에 참여하지 않는 K + 이온도 포함되어 있습니다.
2K+ + 2Cl + 2H20 = H2 + 2K+ + 2OH" + C12
방정식을 분자 형태로 다시 작성해 보겠습니다.
2KS1 + 2H2O = H2 + C12 + 2KOH
수소는 음극에서 방출되고 염소는 양극에서 방출되며 수산화칼륨은 용액에서 형성됩니다.
용액은 111.75g의 염화칼륨을 함유하였다.
염화칼륨의 몰 질량을 계산하십시오.
M(KC1) = 39+35.5 = 74.5g/mol
염화칼륨 물질의 양을 계산하십시오.
반응식에 따르면 염화칼륨 2몰을 전기분해하면 염소 1몰이 방출된다. 염화칼륨 1.5몰을 전기분해하면 염소 x 몰이 방출됩니다. 비율을 만들어 봅시다.
2/1=1.5/x, x=1.5 /2=0.75몰
0.75 mol의 염소가 방출됩니다. v (C! 2) \u003d 0.75 mol. 반응식에 따르면 양극에서 1몰의 염소가 방출되면 음극에서 1몰의 수소가 방출된다. 따라서 양극에서 0.75mol의 염소가 방출되면 음극에서 0.75mol의 수소가 방출됩니다. v(H2) = 0.75mol입니다.
양극에서 방출되는 염소의 양을 계산해 보겠습니다.
V (C12) \u003d v (Cl2) -VM \u003d 0.75 mol \u003d 22.4 l / mol \u003d 16.8 l.
수소의 부피는 염소의 부피와 같습니다.
Y (H2) \u003d Y (C12) \u003d 16.8 리터.
반응식에 따르면 염화칼륨 2몰을 전기분해하면 수산화칼륨 2몰이 생성되는데, 이는 염화칼륨 0.75몰을 전기분해하면 수산화칼륨 0.75몰이 생성된다는 뜻이다. 수산화칼륨의 몰 질량 계산:
M (KOH) \u003d 39 + 16 + 1 - 56g / mol.
수산화 칼륨의 질량을 계산하십시오.
m(KOH) \u003d v (KOH> M (KOH) \u003d 0.75 mol-56 g / mol \u003d 42 g.
대답:음극에서 수소 16.8리터, 양극에서 염소 16.8리터, 용액에 수산화칼륨 42g이 생성됐다.
작업 3. 양극에서 19g의 2가 금속 염화물 용액을 전기분해하는 동안 8.96리터의 염소가 방출되었습니다. 어떤 금속 염화물이 전기 분해되었는지 확인하십시오. 음극에서 방출되는 수소의 부피를 계산하십시오.
우리는 알려지지 않은 금속 M을 표시하고 염화물의 공식은 MC12입니다. 양극에서는 염화물 이온이 산화되고 염소가 방출됩니다. 조건은 수소가 음극에서 방출되므로 물 분자가 감소한다고 말합니다.
2H20 + 2e- = H2 + 2OH|1
2Cl -2e "= C12! 1
일반 전기분해 방정식:
2Cl + 2H2O \u003d H2 + 2OH "+ C12(짧은 이온 방정식)
이 용액에는 반응 중에 변하지 않는 M2+ 이온도 포함되어 있습니다. 우리는 완전한 이온 반응 방정식을 씁니다.
2SG + M2+ + 2H2O = H2 + M2+ + 2OH- + C12
반응식을 분자 형태로 다시 작성해 보겠습니다.
MS12 + 2H2O - H2 + M(OH)2 + C12
양극에서 방출되는 염소의 양을 찾으십시오.
반응식에 따르면 미지 금속의 염화물 1몰을 전기분해하는 동안 염소 1몰이 방출된다. 0.4mol의 염소가 방출되면 0.4mol의 금속 염화물이 전기 분해됩니다. 금속 염화물의 몰 질량 계산:
미지의 금속 염화물의 몰질량은 95g/mol입니다. 2개의 염소 원자당 35.5"2 = 71 g/mol이 있습니다. 따라서 금속의 몰 질량은 95-71 = 24g/mol입니다. 마그네슘은 이 몰 질량에 해당합니다.
반응식에 따르면 양극에서 방출된 염소 1몰에 대해 음극에서 방출된 수소 1몰이 있습니다. 우리의 경우 양극에서 0.4mol의 염소가 방출되었는데, 이는 음극에서 0.4mol의 수소가 방출되었음을 의미합니다. 수소의 부피 계산:
V (H2) \u003d v (H2> VM \u003d 0.4 mol \u003d 22.4 l / mol \u003d 8.96 l.
대답:염화마그네슘의 전해액을 거친다. 8.96리터의 수소가 음극에서 방출되었습니다.
*문제 4. 15% 농도의 황산칼륨 용액 200g을 전기분해하는 동안 양극에서 14.56리터의 산소가 방출되었습니다. 전기 분해가 끝날 때 용액의 농도를 계산하십시오.
황산칼륨 용액에서 물 분자는 음극과 양극 모두에서 반응합니다.
2H20 + 2e "= H2 + 20H-|2
2H2O - 4e "= 4H+ + O2! 1
두 방정식을 함께 넣어 보겠습니다.
6H2O \u003d 2H2 + 4OH "+ 4H + + O2, 또는
6H2O \u003d 2H2 + 4H2O + O2, 또는
2H2O = 2H2 + 02
사실, 황산칼륨 용액을 전기분해하는 동안 물의 전기분해가 발생합니다.
용액의 용질 농도는 다음 공식에 의해 결정됩니다.
C=m(용질) 100% / m(용액)
전기분해가 끝날 때 황산칼륨 용액의 농도를 찾으려면 황산칼륨의 질량과 용액의 질량을 알아야 합니다. 황산 칼륨의 질량은 반응 중에 변하지 않습니다. 초기 용액에서 황산 칼륨의 질량을 계산하십시오. 초기 용액의 농도를 C로 표시합시다.
m(K2S04) = C2(K2S04) m(용액) = 0.15 200g = 30g.
용액의 질량은 물의 일부가 수소와 산소로 변환됨에 따라 전기분해 동안 변합니다. 방출된 산소의 양을 계산합니다.
(영형 2) \u003d V (O2) / Vm \u003d 14.56 l / 22.4 l / mol \u003d 0.65 mol
반응식에 따르면 2몰의 물에서 1몰의 산소가 생성된다. x mol의 물이 분해되는 동안 0.65 mol의 산소가 방출된다고 하자. 비율을 만들어 봅시다.
1.3 mol의 물이 분해됨, v(H2O) = 1.3 mol.
물의 몰 질량 계산:
M(H2O) \u003d 1-2 + 16 \u003d 18g / mol.
분해된 물의 질량 계산:
m(H2O) \u003d v (H2O> M (H2O) \u003d 1.3 mol * 18 g / mol \u003d 23.4 g.
황산칼륨 용액의 질량은 23.4g 감소하여 200-23.4 = 176.6g이 되었습니다. 이제 전기분해가 끝날 때 황산칼륨 용액의 농도를 계산해 보겠습니다.
С2(K2SO4)=m(K2SO4) 100% / m(용액)=30g 100% / 176.6g=17%
대답:전기분해가 끝날 때 용액의 농도는 17%입니다.
* 3 문제 5. 염화나트륨과 염화칼륨의 혼합물 188.3g을 물에 녹이고 생성된 용액에 전류를 흘렸다. 전기분해 동안 33.6리터의 수소가 음극에서 방출되었습니다. 혼합물의 조성을 중량 퍼센트로 계산하십시오.
칼륨과 염화나트륨의 혼합물을 물에 녹인 후 용액에는 K+, Na+ 및 Cl- 이온이 포함됩니다. 칼륨 이온도 나트륨 이온도 음극에서 환원되지 않고 물 분자가 환원됩니다. 염화물 이온은 양극에서 산화되고 염소가 방출됩니다.
방정식을 분자 형태로 다시 작성해 보겠습니다.
2KS1 + 2H20 = H2 + C12 + 2KOH
2NaCl + 2H2O = H2 + C12 + 2NaOH
혼합물에 포함된 염화칼륨 물질의 양을 x mol, 염화나트륨 물질의 양 y mol을 표시합니다. 반응식에 따르면 2몰의 염화나트륨 또는 염화칼륨을 전기분해하는 동안 1몰의 수소가 방출된다. 따라서 전기분해시 xmol의 염화칼륨, x/2 또는 0.5xmol의 수소가 생성되고, 전기분해시 ymol의 염화나트륨은 0.5ymol의 수소가 된다. 수량을 구해보자 수소 물질, 혼합물의 전기분해 동안 방출:
방정식을 만들어 보겠습니다. 0.5x + 0.5y \u003d 1.5
칼륨과 염화나트륨의 몰 질량을 계산하십시오.
M(KC1) = 39+35.5 = 74.5g/mol
M (NaCl) \u003d 23 + 35.5 \u003d 58.5g / mol
염화칼륨의 질량 x 몰은 다음과 같습니다.
m (KCl) \u003d v (KCl) -M (KCl) \u003d x mol-74.5 g / mol \u003d 74.5 x g.
염화나트륨 1몰의 질량은 다음과 같습니다.
m (KCl) \u003d v (KCl) -M (KCl) \u003d y mol-74.5 g / mol \u003d 58.5 u g.
혼합물의 질량은 188.3g이고 두 번째 방정식을 만듭니다.
74.5x + 58.5y = 188.3
따라서 두 개의 미지수가 있는 두 개의 방정식 시스템을 풉니다.
0.5(x + y)= 1.5
74.5x + 58.5y = 188.3g
첫 번째 방정식에서 x를 표현합니다.
x + y \u003d 1.5 / 0.5 \u003d 3,
x = 3-y
이 x 값을 두 번째 방정식에 대입하면 다음을 얻습니다.
74.5-(3-y) + 58.5y = 188.3
223.5-74.5년 + 58.5년 = 188.3년
-16년 = -35.2
y \u003d 2.2 100% / 188.3g \u003d 31.65%
계산 질량 분율염화나트륨:
w(NaCl) = 100% - w(KCl) = 68.35%
대답:혼합물은 31.65% 염화칼륨과 68.35% 염화나트륨을 포함합니다.
화학적 문제 해결
패러데이의 법칙을 알고
고등학교
작가의 발전
다양한 화학 문제 중 학교에서 가르치는 관행이 보여주듯이 가장 큰 어려움은 해결에 대한 문제로 인해 발생하며, 이에 대한 확실한 화학 지식과 함께 재료에 대한 좋은 명령이 필요합니다. 물리학 코스. 그리고 모든 중등 학교에서 멀리 떨어져 있지만 화학과 물리학의 두 가지 과정에 대한 지식을 사용하여 가장 간단한 문제를 해결하는 데 관심을 기울이고 있지만 이러한 유형의 문제는 화학이 주요 학문인 대학의 입학 시험에서 가끔 발견됩니다. 따라서 교실에서 이러한 유형의 작업을 검토하지 않고 교사는 의도하지 않게 학생이 화학 전문 분야의 대학에 입학할 기회를 박탈할 수 있습니다.
이 저자의 개발에는 "전기 분해"라는 주제와 관련된 20개 이상의 작업이 포함되어 있습니다. 이러한 유형의 문제를 해결하려면 "전기 분해"라는 주제에 대한 지식이 있어야 할 뿐만 아니라 학교 과정화학뿐만 아니라 학교 물리학 과정에서 공부하는 패러데이의 법칙도 알고 있습니다.
아마도 이 작업 선택은 수업의 모든 학생에게 절대적으로 관심이 되지 않거나 모든 사람이 사용할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 유형의 작업은 서클 또는 선택 수업에서 관심 있는 학생 그룹과 함께 분석하는 것이 좋습니다. 이러한 유형의 작업은 복잡하고 적어도 학교 화학 과정에서는 일반적이지 않습니다(우리는 평균 일반 교육 학교), 따라서 이러한 유형의 문제는 10학년 또는 11학년을 위한 학교 또는 학군 화학 올림피아드의 변형에 안전하게 포함될 수 있습니다.
각 문제에 대한 자세한 솔루션이 있으면 개발이 특히 초보 교사에게 귀중한 도구가 됩니다. 선택 수업 또는 서클 수업에서 학생들과 함께 여러 작업을 분석한 창의적으로 일하는 교사는 확실히 집에서 동일한 유형의 여러 작업을 설정하고 숙제를 확인하는 과정에서 이 개발을 사용하여 귀중한 교사 시간을 크게 절약할 수 있습니다.
문제에 대한 이론적 정보
화학 반응, 전해질의 용액이나 용융물에 놓인 전극에 전류의 작용하에 흐르는 것을 전기분해라고 합니다. 예를 들어보겠습니다.
약 700 ° C의 온도에서 유리에 염화나트륨 NaCl이 녹고 전극이 잠겨 있습니다. 용융물에 전류가 흐르기 전에 Na + 및 Cl - 이온이 무작위로 이동하지만 전류가 인가되면 이러한 입자의 움직임이 질서 정연해집니다. Na + 이온은 음으로 대전된 전극으로 돌진하고 Cl - 이온 - 양전하 전극에.
그리고 그는전하를 띠는 전하를 띤 원자 또는 원자 그룹.
양이온양전하를 띤 이온이다.
음이온음전하를 띤 이온이다.
음극- 음으로 하전된 전극(양으로 하전된 이온-양이온)이 그 쪽으로 이동합니다.
양극- 양전하를 띤 전극(음전하를 띤 이온 - 음이온)이 그 쪽으로 이동합니다.
백금 전극에서 염화나트륨 용융의 전기 분해
총 반응:
탄소 전극에 염화나트륨 수용액의 전기분해
총 반응:
또는 분자 형태:
탄소 전극에 염화구리(II) 수용액의 전기분해
총 반응:
에 전기화학 시리즈금속의 활성도에 따라 구리는 수소의 오른쪽에 위치하므로 음극에서 구리가 환원되고 양극에서 염소가 산화됩니다.
백금 전극에 황산나트륨 수용액의 전기분해
총 반응:
유사하게, 질산칼륨 수용액의 전기분해가 일어난다(백금 전극).
흑연 전극에 황산아연 수용액의 전기분해
총 반응:
백금 전극에 질산철(III) 수용액의 전기분해
총 반응:
백금 전극에 질산은 수용액의 전기분해
총 반응:
백금 전극에 황산알루미늄 수용액의 전기분해
총 반응:
구리 전극에 황산구리 수용액의 전기분해 - 전기화학적 정제
용액에서 CuSO 4 의 농도는 일정하게 유지되고, 공정은 양극 물질을 음극으로 옮기는 것으로 감소됩니다. 이것이 전기화학적 정제(순수한 금속을 얻는 것) 과정의 본질입니다.
특정 소금의 전기 분해 계획을 세울 때 다음을 기억해야 합니다.
- 수소보다 표준 전극 전위(SEP)가 더 높은 금속 양이온(구리에서 금 포함)은 전기분해 동안 음극에서 거의 완전히 환원됩니다.
– SEP 값이 작은 금속 양이온(리튬에서 알루미늄 포함)은 음극에서 환원되지 않지만 물 분자는 대신 수소로 환원됩니다.
- SEC 값이 수소보다 작지만 알루미늄보다 큰 금속 양이온(알루미늄에서 수소로)은 음극에서 전기분해하는 동안 물과 동시에 환원됩니다.
- 수용액에 Ag +, Cu 2+, Fe 2+와 같은 다양한 금속의 양이온 혼합물이 포함되어 있으면 은이 이 혼합물에서 가장 먼저 환원되고 그 다음 구리, 마지막 철이 됩니다.
- 전기분해 중 불용성 양극에서는 음이온 또는 물 분자가 산화되고 음이온 S 2–, I –, Br – , Cl –는 쉽게 산화됩니다.
– 용액에 산소 함유 산의 음이온이 포함되어 있으면 , , , 물 분자는 양극에서 산소로 산화됩니다.
- 양극이 가용성이면 전기분해 동안 자체적으로 산화됩니다. 즉, 전자를 외부 회로로 보냅니다. 전자가 방출되면 전극과 용액 사이의 균형이 이동하고 양극이 용해됩니다.
전체 일련의 전극 공정에서 일반 방정식에 해당하는 것만 골라낸다면
중 지+ + 제=엠,
그러면 우리는 얻는다 금속 응력 범위. 수소는 또한 항상 이 행에 배치되므로 산 수용액에서 수소를 대체할 수 있는 금속과 그렇지 않은 금속을 확인할 수 있습니다(표).
테이블
다양한 응력 금속
| 방정식 전극 프로세스 |
기준 전극 잠재력 25 °C, V |
방정식 전극 프로세스 |
기준 전극 잠재적인 25 °C, V |
|---|---|---|---|
| 리 + + 1 이자형= Li0 | –3,045 | 이산화탄소 + + 2 이자형= 이산화탄소 | –0,277 |
| Rb + + 1 이자형= Rb0 | –2,925 | Ni 2+ + 2 이자형= NiO | –0,250 |
| K++1 이자형= K0 | –2,925 | Sn 2+ + 2 이자형= SnO | –0,136 |
| CS + + 1 이자형= Cs 0 | –2,923 | 납 2+ + 2 이자형= 납 0 | –0,126 |
| 칼슘 2+ + 2 이자형= 칼슘 | –2,866 | 철 3+ + 3 이자형= Fe0 | –0,036 |
| 나 + + 1 이자형= 나 0 | –2,714 | 2H++2 이자형=H2 | 0 |
| 마그네슘 2+ + 2 이자형=마그네슘 | –2,363 | 바이 3+ + 3 이자형= Bi0 | 0,215 |
| 알 3+ + 3 이자형=알0 | –1,662 | 구리 2+ + 2 이자형= 구리 0 | 0,337 |
| 티 2+ + 2 이자형= Ti0 | –1,628 | 구리 + +1 이자형= 구리 0 | 0,521 |
| 망 2+ + 2 이자형=Mn0 | –1,180 | Hg 2 2+ + 2 이자형= 2Hg0 | 0,788 |
| Cr 2+ + 2 이자형=Cr0 | –0,913 | Ag + + 1 이자형= Ag0 | 0,799 |
| 아연 2+ + 2 이자형= ZnO | –0,763 | Hg 2+ + 2 이자형= Hg0 | 0,854 |
| Cr 3+ + 3 이자형=Cr0 | –0,744 | pt 2+ + 2 이자형= Pt0 | 1,2 |
| 철 2+ + 2 이자형= Fe0 | –0,440 | 금 3+ + 3 이자형= 금 0 | 1,498 |
| CD 2+ + 2 이자형= CD 0 | –0,403 | Au++1 이자형= 금 0 | 1,691 |
더 간단한 형태로 일련의 금속 응력은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
대부분의 전기분해 문제를 해결하려면 패러데이 법칙에 대한 지식이 필요하며, 그 공식은 다음과 같습니다.
중 = 중 나 티/(지 에프),
어디 중전극에서 방출되는 물질의 질량, 에프- 96 485 A s / mol 또는 26.8 A h / mol과 같은 패러데이 수, 중는 전기분해 동안 환원되는 원소의 몰질량이며, 티– 전기분해 과정의 시간(초), 나- 전류 강도(암페어 단위), 지과정에 관여하는 전자의 수입니다.
작업 조건
1. 20A의 전류에서 1시간 동안 질산니켈 용액을 전기분해하는 동안 방출되는 니켈의 질량은 얼마입니까?
2. 10시간 내에 순수한 금속 0.005kg을 얻기 위해 질산은 용액을 전기분해하는 데 필요한 전류 강도는 얼마입니까?
3. 50A의 전류에서 2시간 동안 용융된 염화구리(II)를 전기분해하는 동안 방출되는 구리의 질량은 얼마입니까?
4. 아연 3.5g을 얻기 위해 황산아연 수용액을 120A의 전류로 전기분해하는 데 걸리는 시간은?
5. 200A의 전류에서 2시간 동안 황산철(III) 용액을 전기분해하는 동안 방출되는 철의 질량은 얼마입니까?
6. 15시간 내에 순수한 금속 200g을 얻기 위해 질산구리(II) 용액을 전기분해하는 데 필요한 전류 강도는 얼마입니까?
7. 20g의 순수한 철을 얻기 위해 30A의 전류에서 염화철 (II)의 용융물을 전기 분해하는 과정을 몇 시간 동안 수행해야합니까?
8. 1.5시간 내에 순수한 금속 0.5kg을 얻기 위해 질산수은(II) 용액의 전기분해 과정을 수행하는 데 필요한 전류 강도는 얼마입니까?
9. 1.5시간 내에 순수한 금속 100g을 얻기 위해 염화나트륨 용융물을 전기분해하는 데 필요한 전류 강도는 얼마입니까?
10. 염화칼륨 용융물을 5A의 전류로 2시간 동안 전기분해하였다. 생성된 금속을 2kg의 물과 반응시켰다. 이 경우 얻은 알칼리 용액의 농도는 얼마입니까?
11.
현재 강도에서 황산철(III) 용액을 0.5시간 동안 전기분해하여 얻은 철과 완전한 상호작용을 하려면 30% 염산 용액 몇 그램이 필요합니까?
10A?
12. 15A의 전류로 245분간 염화알루미늄 용융액을 전기분해하여 순수한 알루미늄을 얻었다. 주어진 질량의 알루미늄이 철(III) 산화물과 상호작용할 때 aluminothermic 방법으로 몇 그램의 철을 얻을 수 있습니까?
13. 25A의 전류에서 300분 동안 황산알루미늄 용액을 전기분해하여 얻은 알루미늄(테트라하이드록시알루미늄산칼륨 형성)과 반응하는 데 밀도가 1.111g/ml인 12% KOH 용액의 몇 밀리리터가 필요합니까? ?
14. 55A의 전류에서 황산아연 용액을 100분간 전기분해하여 얻은 아연과 상호작용하려면 밀도가 1.139g/ml인 20% 황산 용액 몇 밀리리터가 필요합니까?
15. 황산크롬(III) 용액을 75A의 전류에서 100분 동안 전기분해하여 얻은 크롬과 과량의 뜨거운 농축 질산이 반응할 때 얻을 수 있는 산화질소(IV)(n.o.)의 부피는 얼마인가?
16. 10.5 A의 전류에서 50분 동안 염화구리(II) 용융물을 전기분해하여 얻은 구리와 과량의 질산 용액을 반응시켜 얻을 수 있는 산화질소(II)(n.o.)의 부피는 얼마입니까?
17. 100g의 30% 염산 용액과 완전한 상호작용에 필요한 철을 얻기 위해 30A의 전류에서 염화철(II)의 용융물을 전기분해해야 하는 시간은?
18. 가열했을 때 200g의 35% 황산 용액과 완전한 상호작용에 필요한 니켈을 얻기 위해 15A의 전류에서 질산니켈 용액을 전기분해하는 데 얼마나 걸립니까?
19. 염화나트륨 용융물을 20A의 전류에서 30분 동안 전기분해하고, 염화칼륨 용융물을 18A의 전류에서 80분 동안 전기분해하였다. 두 금속 모두 1kg의 물에 용해되었다. 결과 용액의 알칼리 농도를 찾으십시오.
20.
현재 강도에서 200분 동안 용융된 염화마그네슘을 전기분해하여 얻은 마그네슘
10A, 밀도가 1.178g/ml인 25% 황산 용액 1.5l에 용해. 결과 용액에서 황산 마그네슘의 농도를 찾으십시오.
21. 전류 강도에서 황산아연 용액을 100분간 전기분해하여 얻은 아연
17A를 밀도 1.066g/ml의 10% 황산 용액 1리터에 용해시켰다. 결과 용액에서 황산 아연의 농도를 찾으십시오.
22. 11A의 전류에서 70분 동안 염화철(III)의 용융물을 전기분해하여 얻은 철을 분말화하고 300g의 18% 황산구리(II) 용액에 침지시켰다. 석출된 구리의 질량을 찾으십시오.
23.
전류강도에서 염화마그네슘을 90분간 용융하여 전기분해하여 얻은 마그네슘
17A를 과량의 염산에 침지시켰다. 방출된 수소의 부피와 양(수)을 구하십시오.
24. 황산알루미늄 용액을 20A의 전류에서 1시간 동안 전기분해하였다. 생성된 알루미늄과 완전한 상호작용을 위해 15% 염산 용액의 몇 그램이 필요할 것인가?
25. 22A의 전류에서 염화마그네슘 용융물을 35분 동안 전기분해하여 얻은 마그네슘이 완전히 연소되기 위해서는 몇 리터의 산소와 공기(N.O.)가 필요합니까?
답변 및 솔루션은 다음 번호를 참조하십시오.
용액 또는 용융 전해질에 잠긴 전극에 전류의 작용으로 흐릅니다.
전극에는 두 가지 유형이 있습니다.
양극 산화.
음극는 전극이다. 회복. 음이온은 양전하를 띠기 때문에 양극으로 가는 경향이 있습니다. 양이온은 음전하를 띠고 물리학 법칙에 따라 반대 전하가 끌어 당기기 때문에 음극으로 향하는 경향이 있습니다. 모든 전기화학 공정에서는 두 전극이 모두 존재합니다. 전기분해가 수행되는 장치를 전해조라고 합니다. 쌀. 하나.
전기분해의 양적 특성은 두 가지 패러데이 법칙으로 표현됩니다.
1) 전극에서 방출되는 물질의 질량은 전해질을 통과한 전기량에 정비례합니다.
2) 다양한 화합물의 전기분해 동안, 동일한 양의 전기가 전기화학적 당량에 비례하여 전극에서 물질의 질량을 방출합니다.
이 두 법칙을 하나의 방정식으로 결합할 수 있습니다.
어디 중방출된 물질의 질량, g;
N는 전극 과정에서 전달된 전자의 수입니다.
에프는 패러데이 수( 에프=96485C/mol)
나- 현재 강도, A;
티- 시간, s;
중방출된 물질의 몰 질량, g/mol입니다.
전기분해로 수용액전극 공정은 이온 경쟁으로 인해 복잡합니다(물 분자도 전기분해에 참여할 수 있음). 음극에서 회복은 일련의 표준 전극 전위에서 금속의 위치 때문입니다.
수소(Cu2+에서 Au3+로)보다 표준 전극 전위가 더 큰 금속 양이온은 전기분해 동안 음극에서 거의 완전히 환원됩니다. Me n+ + nē →Me 표준 전극 전위가 낮은 금속 양이온(Li2+ ~ Al3+ 포함)은 음극에서 환원되지 않고 대신 물 분자가 환원됩니다. 2H2O + 2ē → H2 + 2OH- 수소보다 표준 전극 전위가 낮지만 알루미늄보다 큰 금속 양이온(Mn2+에서 H로)은 음극에서 전기분해하는 동안 물 분자와 동시에 환원됩니다. Me n+ + nē → Me 2H2O + 2ē → H2 + 2OH- 용액에 여러 양이온이 있는 경우 활성이 가장 낮은 금속의 양이온이 먼저 음극에서 환원됩니다.
예 황산나트륨(Na2SO4)
Na2SO4↔ 2Na++ SO42-
음극: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-
양극: 2H2O - 4e → O2 + 4H+
4OH-- 4H+→ 4H2O
전기분해에 의해 녹다많은 반응성 금속이 얻어진다. 황산나트륨 용융물이 해리되는 동안 나트륨 이온과 황산염 이온이 형성됩니다.
Na2SO4 → 2Na+ + SO42−
- 나트륨은 음극에서 방출됩니다.
나+ + 1e- → 나
– 산소와 황산화물(VI)은 양극에서 방출됩니다.
2SO42− − 4 e− → 2SO3 + О2
- 반응의 총 이온 방정식(음극 공정의 방정식에 4를 곱함)
4 Na+ + 2SO42− → 4 Na 0 + 2SO3 + O2
- 총 반응:
4 Na2SO44 Na 0 + 2SO3 + O2
용융염의 전기분해
물과 쉽게 상호 작용하는 고활성 금속(나트륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘 등)을 얻기 위해 용융염 또는 산화물의 전기분해가 사용됩니다.
1. 염화구리(II) 용융물의 전기분해.
전극 공정은 반쪽 반응으로 표현될 수 있습니다.
음극 K(-)에서: Сu 2+ + 2e = Cu 0 - 음극 환원
양극 A (+)에서 : 2Cl - - 2e \u003d Cl 2 - 양극 산화
물질의 전기화학적 분해의 전체 반응은 두 전극 반쪽 반응의 합이며, 염화구리의 경우 다음 방정식으로 표현됩니다.
Cu 2+ + 2 Cl - \u003d Cu + Cl 2
알칼리 및 옥소산 염의 전기분해 동안 양극에서 산소가 방출됩니다.
4OH - 4e \u003d 2H 2 O + O 2
2SO 4 2– - 4e \u003d 2SO 3 + O 2
2. 염화칼륨 용해 전기분해:
용액 전기분해
전해질 용액의 전극에서 발생하거나 전류가 통과할 때 용융되는 산화환원 반응의 조합을 전기분해라고 합니다.
전류 소스의 캐소드 "-"에서는 용액 또는 용융물에서 전자를 양이온으로 전달하는 과정이 발생하므로 캐소드는 "환원제"입니다.
"+" 양극에서 전자는 음이온에 의해 방출되므로 양극은 "산화제"입니다.
전기분해 동안 양극과 음극 모두에서 경쟁 프로세스가 발생할 수 있습니다.
불활성(비소모성) 양극(예: 흑연 또는 백금)을 사용하여 전기 분해를 수행하는 경우 일반적으로 두 가지 산화 및 두 가지 환원 공정이 경쟁합니다.
양극에서 - 음이온과 수산화물 이온의 산화,
음극에서 - 양이온과 수소 이온의 환원.
활성(소모성) 양극을 사용하여 전기분해를 수행하면 프로세스가 더 복잡해지고 전극에서 경쟁하는 반응은 다음과 같습니다.
양극에서 - 음이온 및 수산화물 이온의 산화, 금속의 양극 용해 - 양극의 재료;
음극에서 - 염 양이온 및 수소 이온의 환원, 양극을 용해시켜 얻은 금속 양이온의 환원.
양극과 음극에서 가장 가능성 있는 공정을 선택할 때 가장 적은 에너지를 소모하는 반응이 진행되는 위치에서 진행해야 합니다. 또한 불활성 전극으로 염 용액을 전기분해하는 동안 양극과 음극에서 가장 가능성 있는 공정을 선택하기 위해 다음 규칙이 사용됩니다.
1. 양극에서 다음과 같은 생성물이 형성될 수 있습니다.
a) 음이온 SO 4 2-, NO - 3, PO 4 3-를 포함하는 용액과 양극의 알칼리 용액을 전기 분해하는 동안 물이 산화되고 산소가 방출됩니다.
A + 2H 2 O - 4e - \u003d 4H + + O 2
b) 음이온의 산화 동안 Cl - , Br - , I - 염소, 브롬, 요오드가 각각 방출됩니다.
A + Cl - + e - \u003d Cl 0
2. 다음과 같은 생성물이 음극에 형성될 수 있습니다.
a) Al 3+의 왼쪽에 있는 일련의 전압에 위치한 이온을 포함하는 염 용액을 전기분해하는 동안 음극에서 물이 환원되고 수소가 방출됩니다.
K - 2H 2 O + 2e - \u003d H 2 + 2OH -
b) 금속 이온이 수소 오른쪽의 전압 계열에 있으면 금속은 음극에서 방출됩니다.
K - Me n + + ne - \u003d Me 0
c) Al + 와 H + 사이의 일련의 전압에 위치한 이온을 포함하는 염 용액의 전기분해 동안 양이온 환원과 수소 발생의 경쟁 과정이 음극에서 발생할 수 있습니다.
예: 불활성 전극에서 질산은 수용액의 전기분해
질산은의 해리:
AgNO 3 \u003d Ag + + NO 3 -
AgNO 3 수용액의 전기 분해 동안 Ag + 이온은 음극에서 환원되고 물 분자는 양극에서 산화됩니다.
음극: Ag + + e = Ag
양극: 2H 2 O - 4e \u003d 4H + + O 2
요약 방정식:____________________________________________________________
4AgNO 3 + 2H 2 O \u003d 4Ag + 4HNO 3 + O 2
수용액의 전기분해를 위한 계획을 세웁니다: a) 황산구리; b) 염화마그네슘; c) 황산칼륨.
모든 경우에 전기분해는 탄소 전극을 사용하여 수행됩니다.
예: 불활성 전극에서 염화구리 수용액의 전기분해
염화구리의 해리:
CuCl 2 ↔ Сu 2+ + 2Cl -
용액에는 전류의 작용하에 해당 전극으로 향하는 Cu 2+ 및 2Cl - 이온이 포함되어 있습니다.
음극 - Cu 2+ + 2e = Cu 0
양극 + 2Cl - - 2e = Cl 2
_______________________________
CuCl 2 \u003d Cu + Cl 2
금속 구리는 음극에서 방출되고 염소 가스는 양극에서 방출됩니다.
CuCl 2 용액의 전기분해의 고려된 예에서 구리판을 양극으로 취하면 구리는 Cl 0 이온을 방출하고 방출하는 대신 산화 과정이 일어나는 양극과 음극에서 방출됩니다. 염소, 양극(구리)이 산화됩니다.
이 경우 양극 자체가 용해되고 Cu 2+ 이온의 형태로 용액이 됩니다.
가용성 양극을 사용한 CuCl 2 의 전기분해는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
용해성 양극이 있는 염 용액의 전기분해는 양극 물질의 산화(용해)로 환원되고 양극에서 음극으로 금속의 이동이 수반됩니다. 이 속성은 오염으로부터 금속의 정제(정제)에 널리 사용됩니다.
예: 불활성 전극에서 염화마그네슘 수용액의 전기분해
수용액에서 염화마그네슘의 해리:
MgCl 2 ↔ Mg 2+ + 2Cl -
마그네슘 이온은 수용액에서 환원될 수 없으며(물은 환원됨), 염화물 이온은 산화됩니다.
전기분해 방식:
예: 불활성 전극에서 황산구리 수용액의 전기분해
용액에서 황산구리는 이온으로 해리됩니다.
CuSO 4 \u003d Cu 2+ + SO 4 2-
구리 이온은 수용액의 음극에서 환원될 수 있습니다.
수용액의 황산 이온은 산화되지 않으므로 물은 양극에서 산화됩니다.
전기분해 방식:
불활성 전극에서 활성 금속염과 산소 함유 산(K 2 SO 4 ) 수용액의 전기 분해
예: 수용액에서 황산칼륨의 해리:
K 2 SO 4 \u003d 2K + + SO 4 2-
칼륨 이온과 황산염 이온은 수용액의 전극에서 방전될 수 없으므로 음극에서 환원이 일어나고 양극에서 물이 산화됩니다.
전기분해 방식:
또는 4H + + 4OH - \u003d 4H 2 O (교반하면서 수행)를 감안할 때,
H 2 O 2H 2 + O 2
활성 금속염과 산소 함유 산의 수용액에 전류가 흐르면 금속 양이온과 산 잔류물의 이온이 모두 방출되지 않습니다.
수소는 음극에서 방출되고 산소는 양극에서 방출되며 전기분해는 물의 전기분해 분해로 환원된다.
수산화나트륨 용융물의 전기분해
물의 전기 분해는 항상 불활성 전해질의 존재하에 수행됩니다 (매우 약한 전해질 - 물의 전기 전도도를 높이기 위해).
패러데이의 법칙
전류의 작용으로 형성된 물질의 양의 시간, 전류 강도 및 전해질의 성질에 대한 의존성은 일반화 된 패러데이의 법칙에 기초하여 확립 될 수 있습니다.
여기서 m은 전기분해 동안 형성된 물질의 질량(g)입니다.
E - 물질의 등가 질량 (g / mol);
M은 물질의 몰 질량(g/mol)입니다.
n은 주거나 받은 전자의 수입니다.
나 - 현재 강도(A); t는 프로세스의 지속 시간입니다.
F - 물질 1당량을 방출하는 데 필요한 전기량을 나타내는 패러데이 상수(F = 96,500C/mol = 26.8Ah/mol).
무기 화합물의 가수분해
약한 전해질 분자의 형성으로 이어지는 물과 염 이온의 상호 작용을 염 가수분해라고 합니다.
우리가 염을 산으로 염기를 중화시킨 산물로 생각하면 염은 네 그룹으로 나눌 수 있으며 각 그룹은 가수 분해가 자체 방식으로 진행될 것입니다.
1. 강염기와 강산에 의해 형성된 염 KBr, NaCl, NaNO 3) 이 경우 약한 전해질이 형성되지 않기 때문에 가수분해가 일어나지 않는다. 매체의 반응은 중립을 유지합니다.
2. 약염기와 강산 FeCl 2, NH 4 Cl, Al 2 (SO 4) 3, MgSO 4)에 의해 형성된 염에서 양이온은 가수분해를 겪습니다.
FeCl 2 + HOH → Fe(OH)Cl + HCl
Fe 2+ + 2Cl - + H + + OH - → FeOH + + 2Cl - + H +
가수 분해의 결과 약한 전해질, H + 이온 및 기타 이온이 형성됩니다. 용액 pH< 7 (раствор приобретает кислую реакцию).
3. 강염기와 약산(KClO, K 2 SiO 3, Na 2 CO 3, CH 3 COONa)에 의해 형성된 염은 음이온 가수분해를 거쳐 약한 전해질, 수산화물 이온 및 기타 이온을 형성한다.
K 2 SiO 3 + HOH → KHSiO 3 + KOH
2K + +SiO 3 2- + H + + OH - → HSiO 3 - + 2K + + OH -
이러한 용액의 pH는 > 7입니다(용액은 알칼리 반응을 얻음).
4. 약염기와 약산(CH 3 COONH 4, (NH 4) 2 CO 3, Al 2 S 3)으로 형성된 염은 양이온과 음이온에 의해 가수분해된다. 결과적으로 저 해리 염기와 산이 형성됩니다. 이러한 염 용액의 pH는 산과 염기의 상대적 강도에 따라 달라집니다.
약산 염과 강염기 염의 가수분해 반응에 대한 방정식을 작성하는 알고리즘
염의 가수분해에는 몇 가지 옵션이 있습니다.
1. 약산과 강염기의 염 가수분해: (CH 3 COONa, KCN, Na 2 CO 3).
실시예 1 아세트산나트륨의 가수분해.
또는 CH 3 COO - + Na + + H 2 O ↔ CH 3 COOH + Na + + OH -
CH 3 COO - + H 2 O ↔ CH 3 COOH + OH -
아세트산은 약하게 해리되기 때문에 아세트산 이온은 H+이온과 결합하고, 르샤틀리에의 원리에 따라 물 해리 평형은 오른쪽으로 이동한다.
OH - 이온이 용액에 축적됨(pH > 7)
염이 다염기산에 의해 형성되면 가수분해가 단계적으로 진행됩니다.
예를 들어, 탄산염 가수분해: Na 2 CO 3
1단계: CO 3 2– + H 2 O ↔ HCO 3 – + OH –
2단계: HCO 3 - + H 2 O ↔ H 2 CO 3 + OH -
Na 2 CO 3 + H 2 O \u003d NaHCO 3 + NaOH
실용적인 중요성은 일반적으로 소금의 가수 분해를 평가할 때 일반적으로 제한되는 첫 번째 단계를 거치는 과정입니다.
두 번째 단계(H2CO3)보다 첫 번째 단계에서 더 약한 전해질(HCO3-)이 형성되기 때문에 두 번째 단계의 가수분해 평형은 첫 번째 단계의 평형에 비해 왼쪽으로 크게 이동한다.
예 2 . 루비듐 오르토포스페이트의 가수분해.
1. 가수분해 유형을 결정합니다.
Rb3PO4 ↔ 3Rb + + 포 4 3–
루비듐은 알칼리 금속이며 수산화물은 강염기이며 인산은 특히 인산염의 형성에 해당하는 해리의 세 번째 단계에서 약산입니다.
음이온 가수분해가 일어납니다.
PO 3- 4 + H–OH ↔ HPO 2- 4 + OH – .
제품 - 인산수소 이온 및 수산화물 이온, 중간 - 알칼리성.
3. 분자 방정식을 작성합니다.
Rb 3 PO 4 + H 2 O ↔ Rb 2 HPO 4 + RbOH.
우리는 산성 염-인산수소루비듐을 얻었습니다.
강산과 약염기의 염의 가수분해 반응에 대한 방정식을 작성하는 알고리즘
2. 강산과 약염기의 염 가수분해: NH 4 NO 3, AlCl 3, Fe 2 (SO 4) 3.
실시예 1. 질산암모늄의 가수분해.
NH 4 + + NO 3 - + H 2 O ↔ NH 4 OH + NO 3 - + H +
NH 4 + + H 2 O ↔ NH 4 OH + H +
다중 하전된 양이온의 경우 가수분해는 다음과 같이 단계적으로 진행됩니다.
1단계: Cu 2+ + HOH ↔ CuOH + + H +
2단계: CuOH + + HOH ↔ Cu(OH) 2 + H +
CuCl 2 + H 2 O \u003d CuOHCl + HCl
이 경우 수소 이온의 농도와 용액의 매체 pH도 주로 가수 분해의 첫 번째 단계에 의해 결정됩니다.
실시예 2: 황산구리(II)의 가수분해
1. 가수분해의 유형을 결정합니다. 이 단계에서 소금 해리 방정식을 작성해야 합니다.
CuSO4 ↔ 구 2+ + SO2-4.
염은 약염기의 양이온(밑줄 친 부분)과 강산의 음이온에 의해 형성됩니다. 가수분해는 양이온에서 발생합니다.
2. 우리는 이온 가수 분해 방정식을 작성하고 환경을 결정합니다.
Cu 2+ + H-OH ↔ CuOH + + H + .
Hydroxomeper(II) 양이온과 수소 이온이 형성되고 매질은 산성입니다.
3. 우리는 분자 방정식을 만듭니다.
그러한 방정식의 편집은 특정한 형식적인 작업이라는 점을 고려해야 합니다. 용액에 있는 양의 입자와 음의 입자에서 종이에만 존재하는 중성 입자를 구성합니다. 이 경우 공식 (CuOH) 2 SO 4를 만들 수 있지만 이를 위해서는 정신적으로 이온 방정식에 2를 곱해야 합니다.
우리는 다음을 얻습니다.
2CuSO 4 + 2H 2 O ↔ (CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4.
반응 생성물은 염기성 염 그룹에 속한다는 점에 유의하십시오. 염기성염의 명칭과 중간염의 명칭은 음이온과 양이온의 명칭으로 구성되어야 하며, 이 경우 염을 "히드록소메디(II) 황산염"이라 칭한다.
약산 염과 약염기의 가수분해 반응에 대한 방정식 작성 알고리즘
3. 약산과 약염기의 염의 가수분해:
실시예 1 암모늄 아세테이트의 가수분해.
CH 3 COO - + NH 4 + + H 2 O ↔ CH 3 COOH + NH 4 OH
이 경우 두 개의 약간 해리된 화합물이 형성되고 용액의 pH는 산과 염기의 상대적 강도에 따라 달라집니다.
가수분해 생성물이 예를 들어 침전물 또는 기체 물질의 형태로 용액에서 제거될 수 있으면 가수분해가 완료될 때까지 진행됩니다.
실시예 2 알루미늄 황화물의 가수분해.
Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 S
2A l 3+ + 3 S 2- + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 (석출물) + ZH 2 S (가스)
실시예 3: 알루미늄 아세테이트의 가수분해
1. 가수분해 유형을 결정합니다.
Al(CH 3 COO) 3 = 알 3+ + 3채널 3 정답게 소곤 거리다 – .
염은 약염기의 양이온과 약산의 음이온에 의해 형성된다.
2. 우리는 이온 가수 분해 방정식을 작성하고 환경을 결정합니다.
Al 3+ + H–OH ↔ AlOH 2+ + H + ,
CH 3 COO - + H-OH ↔ CH 3 COOH + OH - .
수산화알루미늄이 매우 약한 염기임을 고려할 때 양이온에서 가수분해가 음이온에서보다 더 크게 진행될 것이라고 가정합니다. 따라서 용액에는 과량의 수소 이온이 있고 환경은 산성입니다.
여기에서 반응의 전체 방정식을 만들려고 하지 마십시오. 두 반응 모두 가역적이며 서로 연결되어 있지 않으며 그러한 요약은 의미가 없습니다.
삼 . 우리는 분자 방정식을 구성합니다.
Al (CH 3 COO) 3 + H 2 O \u003d AlOH (CH 3 COO) 2 + CH 3 COOH.
이것은 또한 소금과 그 명명법을 공식화하는 훈련을 위한 공식적인 연습입니다. 생성된 염을 히드록소알루미늄 아세테이트라고 합니다.
강산과 강염기의 염의 가수분해 반응에 대한 방정식을 작성하는 알고리즘
4. 강산과 강염기에 의해 형성된 염은 가수분해를 일으키지 않는다. 유일한 저 해리 화합물은 H 2 O입니다.
강산과 강염기의 염은 가수분해되지 않고 용액은 중성이다.