Задача на электролиз (химия). какое вещество и в каком количестве выделится на платиновом аноде при электролизе водного раствора CdSo4 pH=5 если на катоде при выходе по току 50% выделилось 56,2 г кадмия?
Для решения задачи необходимо учитывать, что при электролизе водного раствора сульфата кадмия (CdSO₄) происходит выделение металла (кадмия) на катоде и образование кислоты на аноде.
Определим количество кадмия, выделившегося на катоде. На катоде при выходе 50% выделилось 56,2 г кадмия. Это означает, что общее количество кадмия, которое было теоретически выделено, составляет:
Рассчитаем количество электронов, необходимых для выделения этого количества кадмия. У металлического кадмия (Cd) валентность +2, что означает, что для получения одного атома Cd требуется 2 электрона. Для расчета молей кадмия используем его молярную массу (М(Cd) ≈ 112,4 г/моль):
Теперь найдем, что произойдет на аноде. При электролизе воды с pH = 5, в присутствии сульфата кадмия, на аноде будет происходить окисление ионов OH⁻ или H₂O. На платиновом аноде возможны следующие реакции:Окисление воды: [ 2 H_2O \rightarrow O_2 + 4 H^+ + 4 e^- ]Окисление ионов H⁺ (в условиях кислой среды): [ 2 H^+ + 2 e^- \rightarrow H_2 ]
В данном случае, поскольку pH равен 5, это слабокислая среда, и окисление воды будет основной реакцией.
Рассчитаем количество кислорода, выделившегося на аноде. Таким образом, при выделении 2 моль электронов на катоде, у нас для выделения кислорода понадобится:
Для решения задачи необходимо учитывать, что при электролизе водного раствора сульфата кадмия (CdSO₄) происходит выделение металла (кадмия) на катоде и образование кислоты на аноде.
Определим количество кадмия, выделившегося на катоде. На катоде при выходе 50% выделилось 56,2 г кадмия. Это означает, что общее количество кадмия, которое было теоретически выделено, составляет:[
Рассчитаем количество электронов, необходимых для выделения этого количества кадмия. У металлического кадмия (Cd) валентность +2, что означает, что для получения одного атома Cd требуется 2 электрона. Для расчета молей кадмия используем его молярную массу (М(Cd) ≈ 112,4 г/моль):\text{Общее количество Cd} = \frac{56,2\, \text{г}}{0,5} = 112,4\, \text{г}
]
[
n_{Cd} = \frac{112,4\, \text{г}}{112,4\, \text{г/моль}} = 1\, \text{моль}
]
Количество электронов, необходимых для восстановления 1 моля кадмия:
[
Теперь найдем, что произойдет на аноде. При электролизе воды с pH = 5, в присутствии сульфата кадмия, на аноде будет происходить окисление ионов OH⁻ или H₂O. На платиновом аноде возможны следующие реакции:Окисление воды:n_{e} = 1\, \text{моль} \cdot 2 = 2\, \text{моль электронов}
]
[
2 H_2O \rightarrow O_2 + 4 H^+ + 4 e^-
]Окисление ионов H⁺ (в условиях кислой среды):
[
2 H^+ + 2 e^- \rightarrow H_2
]
В данном случае, поскольку pH равен 5, это слабокислая среда, и окисление воды будет основной реакцией.
Рассчитаем количество кислорода, выделившегося на аноде. Таким образом, при выделении 2 моль электронов на катоде, у нас для выделения кислорода понадобится:[
Количество выделившегося кислорода (O₂): Молярная масса O₂ составляет ≈ 32 г/моль. Тогда:\frac{2\, \text{моль электронов}}{4}\ (\text{по реакции}) = 0,5\, \text{моль O_2}
]
[
m_{O_2} = 0,5\, \text{моль} \cdot 32\, \text{г/моль} = 16\, \text{г}
]
На аноде выделится 16 г кислорода ((O_2)).