Решение задачи: что выделится на катоде при электролизе?

Задание 1 При электролизе смеси солей на катоде в первую очередь восстанавливаются катионы тех металлов, которые имеют наибольшее значение стандартного электродного потенциала \( E^0 \). Выпишем значения стандартных электродных потенциалов для данных металлов: \[ E^0(Ag^+/Ag) = +0,80 \text{ В} \] \[ E^0(Ni^{2+}/Ni) = -0,25 \text{ В} \] \[ E^0(Mn^{2+}/Mn) = -1,18 \text{ В} \] Сравнивая потенциалы, видим, что наибольшее значение имеет серебро. Ответ: В первую очередь на катоде выделится серебро \( Ag \). Задание 2 Кислород на аноде выделяется при электролизе растворов солей, содержащих кислородсодержащие анионы (кроме некоторых исключений) или фторид-ионы, так как молекулы воды окисляются легче этих анионов. 1. \( AgCl \): анион \( Cl^- \) окисляется до \( Cl_2 \). Кислород не выделяется. 2. \( PbSO_4 \): анион \( SO_4^{2-} \) является кислородсодержащим и трудноокисляемым. На аноде происходит окисление воды: \[ 2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+ \] 3. \( FeCl_2 \): анион \( Cl^- \) окисляется до \( Cl_2 \). Кислород не выделяется. В процессе окисления воды около анода накапливаются ионы водорода \( H^+ \). Это приводит к подкислению среды. Ответ: Кислород выделяется при электролизе \( PbSO_4 \). Водородный показатель в прианодном пространстве \( pH < 7 \) (кислая среда). Задание 3 Дано: Вещество: \( K_2SO_4 \) \( I = 5 \text{ А} \) \( t = 60 \text{ мин} = 3600 \text{ с} \) \( F = 96500 \text{ Кл/моль} \) Решение: При электролизе водного раствора \( K_2SO_4 \) на электродах происходит разложение воды, так как катион \( K^+ \) слишком активен, а анион \( SO_4^{2-} \) устойчив к окислению. Процесс на катоде (К): \[ 2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^- \] Эквивалентная масса водорода \( M_{eq}(H_2) = \frac{M}{z} = \frac{2}{2} = 1 \text{ г/моль} \). Процесс на аноде (А): \[ 2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+ \] Эквивалентная масса кислорода \( M_{eq}(O_2) = \frac{M}{z} = \frac{32}{4} = 8 \text{ г/моль} \). Рассчитаем массы веществ по закону Фарадея: \[ m = \frac{M_{eq} \cdot I \cdot t}{F} \] Для водорода на катоде: \[ m(H_2) = \frac{1 \cdot 5 \cdot 3600}{96500} \approx 0,186 \text{ г} \] Для кислорода на аноде: \[ m(O_2) = \frac{8 \cdot 5 \cdot 3600}{96500} \approx 1,492 \text{ г} \] Ответ: На катоде выделится 0,186 г водорода, на аноде — 1,492 г кислорода.