Вычисление массы продуктов электролиза с использованием закона Фарадея

Электролиз раствора серной кислоты 

Задача 39.
Вычислить массу газа, выделившегося на аноде при электролизе раствора серной кислоты, производившегося в течение 10 мин при силе тока 3 А. 
Решение:
р-р H₂SO₄;
t = 10 мин = 600 с; 
I = 3 A;
F = 96 500 Кл/моль
m (O₂) - ?
Электролиз раствора серый кислоты сводится к электролизу воды:

Диссоциация молекулы H₂SO₄:
 
H₂SO₄ = 2Н⁺ + SO₄^2-

На электродах протекают следующие реакции: 

Катод: 2|2Н⁺ + 2 = Н₂↑ 
Анод: 1|2H₂O - 4 = O₂↑+ 4H⁺

Полное уравнение:

4Н⁺   + 2Н₂О = 2Н₂↑   + О₂↑ + 4Н⁺

После сокращения ионов водорода в левой и правой частях уравнения, получим:

2Н₂О = 2Н₂↑   + О₂↑

Так как на аноде выделяется кислород: 

2H₂O - 4 = O₂↑ + 4H⁺; 

Тогда 

n = 4

m(O₂) = [M(O₂) ^. I ^. t]/(n ^. F) = (32 г/моль ^. 3 А ^. 600 с)/ (4 ^. 96500 A ^. c/моль) = 0,15 г.

Ответ: m(O₂) = 0,15 г.
 

Электролиз растворов солей нитрата серебра (I), сульфата меди (II) и хлорида золота (III)

Задача 40.
Через последовательно включенные в цепь постоянного тока растворы нитрата серебра (I), сульфата меди (II) и хлорида золота (III) пропускали ток силой в течение 20 мин. Рассчитайте массы металлов, осевших на катоде.
Решение:
р-ры AgNO₃; CuSO₄; AuCl₃
I = 2,5 A
t = 20 мин = 1200 с
F = 96500 Кл/моль
m (Ag) - ?
m (Cu) - ?
m (Au) - ?

1) Все металлы, катионами которых образованы данные соли, находятся в ряду активности металлов «после водорода», значит на катодах будет протекать реакция восстановления только металлов:

►Ag⁺ + 1 = Ag⁰ ; n = 1, M(Ag) = 108 г/моль;
►Cu²⁺ + 2 = Cu⁰ ; n = 2, M(Cu) = 64 г/моль;
►Au³⁺ + 3 = Au⁰ ; n = 3, M(Au) = 197 г/моль.

2) По формуле объединенного закона электролиза:

m (в-ва) = [M(в-ва) ^. I ^. t]/(n ^. F)

Вычисляем массы металлов, получим:

m(Ag) = (108 г/моль ^. 2,5 А ^. 1200 с)/ (1 ^. 96500 A ^. c/моль) = 3,358 = 3,36 г;
m(Cu) = (64 г/моль ^. 2,5 А ^. 1200 с)/ (2 ^. 96500 A ^. c/моль) = 0,995 = 1,00 г; 
m(Au) = (197 г/моль ^. 2,5 А ^. 1200 с)/ (3 ^. 96500 A ^. c/моль) = 2,042 = 2,00  г;

Ответ: m(Cu) = 1 г, m(Ag) = 3,36 г, m(Au) = 2 г.