1 курс (энергетики) / защита работы 3 / Zaschita_3-32_novy
.pdf
Защита №3. Билет 32
Задача 1
В качестве анода для гальванического элемента со свинцовым катодом необходимо взять металл,
стандартный электродный потенциал которого меньше, чем у свинца. Например, магний Mg.
E0 2 |
/ Mg |
2,363B |
|
|
|
|
|
|||
Mg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E0 2 |
/ Pb |
0,126B |
|
|
|
|
|
|
||
Pb |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
E0 2 |
E0 2 |
/ Pb |
,значит, магниевый электрод будет анодом, а свинцовый – катодом. |
|||||||
Mg |
|
/ Mg |
Pb |
|
|
|
|
|
|
|
Уравнения электродных процессов: |
||||||||||
А(–): |
Mg – 2ē → Mg2+ |
|
2 |
|
2 |
|
||||
|
|
1 |
||||||||
|
|
|
Pb2+ + 2ē → Pb |
|
|
|
|
|||
K(+): |
|
2 |
|
|
1 |
|||||
Токообразующая реакция (Т.О.Р.): Mg + Pb2+→ Mg2+ + Pb
График поляризационных кривых катодного и анодного процессов.
Е, В
i, мА/см2
-0,126
EK
ЕЭ
UЭ
EА
-2,363
Потенциал анода увеличивается, а потенциал катода уменьшается.
В работающем ГЭ при прохождении тока I напряжение U меньше ЭДС из-за явления поляризации катода ( EК) и анода ( ЕА) и омического падения напряжения на сопротивлении r1 в проводниках с электронной проводимостью (проводниках первого рода) и на сопротивлении r2 в электролите
(проводнике второго рода)
U EЭ EK EA I r1 r2
Анодная кривая на графике поднимается вверх (возрастает)
Задача 2
1-2.
Электролиз раствора Cd(NO3)2. Электроды инертные
Cd(NO3)2 → Cd2+ + NO 3 H2O ↔ H+ + OH–
Среда кислая, так как Cd(NO3)2 – соль, образованная сильной кислотой и слабым основанием,
гидролизуется по катиону: Cd2+ + H2O ↔ CdOH+ + H+ Таким образом, ионный состав: Cd2+; NO 3 ; H+; OH–
На аноде (+):NO 3 ; OH– На катоде(–): Cd2+; H+
На аноде будет протекать окисление только молекул H2O (так как среда кислая, то вместо анионов
OH– окисляются молекулы воды), анионы NO 3 никогда не окисляются на аноде при электролизе водных растворов солей (ввиду высокоположительного потенциала).
Значение кислородного потенциала:
EP |
1, 23 0, 059 pH 1, 23 0, 059 5 0,935В |
O /OH |
|
2 |
|
На катоде могут восстанавливаться катионы H+ и катионы Cd2+.
Сравним электродные потенциалы возможных катодных процессов:
EHP / H2 0, 059 pH 0, 059 5 0, 295B
ECd0 2 /Cd 0, 403B
Разность потенциалов незначительна (<1В), значит, на катоде будут протекать оба процесса, в
первую очередь восстанавливаются частицы с наибольшим значением потенциала, в данном случае катионы H+.
Таким образом, уравнения электродных процессов:
A( ) : 2H |
O – 4ē O 4H |
|
|
|
|
||||||
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2H |
2ē H2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
K ( ) : |
|
2ē Cd |
|
|
|
|
|
|
|
||
Cd 2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V(O2) = 11,2 л |
|
Общее |
количество |
электричества, пропущенное через электролизер численно |
|||||||
|
|||||||||||
ВCd = 90% = 0,9 |
|
равно количеству электричества, затраченного на образование кислорода, так как |
|||||||||
|
|
|
|
выход кислорода по току равен 100% |
|||||||
m(Cd) – ? |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
V (O2 ) F |
|
|
11, 2 л 26,8 |
А ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Q Q |
|
|
|
|
моль |
53, 6А ч |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
O |
|
VЭ (O2 ) |
|
5, 6 л/моль |
|||
|
|
|
2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Количество электричества, затраченное на образование кадмия на катоде |
|||||||||||
QCd Q ВCd |
53,6А ч 0,9 48, 24А ч |
|
|
|
|
||||||
Масса кадмия, выделившегося на катоде:
m(Cd ) |
MЭ (Cd ) QCd |
|
56, 2 г/моль 48, 24А ч |
101,16г |
|
|
|
А ч |
|||
|
F |
26,8 |
|
||
|
|
|
|
моль |
|
Задача 3
Стандартный электродный потенциал серебра: EAg0 / Ag 0, 799B
Среда кислая на воздухе. Для расчетов возьмем pH = 0 (при этом значении pH потенциалы окислителей будут иметь наибольшее значение)
Парциальные давления газов при коррозии: p(O2) = 0,21; p(H2) = 1
Возможные окислители при коррозии: молекулы O2 (кислородная деполяризация), катионы H+
(водородная деполяризация).
Определим равновесные потенциалы окислителей:
EP |
|
|
1, 23 0, 059 pH 0, 0147 lg p(O ) 1, 23 0, 059 0 0, 0147 lg 0, 21 1, 22B |
||
O /OH |
|
|
2 |
||
2 |
|
|
|
|
|
EP |
/ H |
|
0, 059 pH 0, 0295lg p(H |
2 |
) 0, 059 0 0, 0295lg1 0B |
H |
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Сравним равновесные потенциалы окислителей и стандартный электродный потенциал серебра.
E0 |
EP |
/ H |
; коррозия с водородной деполяризацией невозможна |
|||
Ag / Ag |
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
E0 |
EP |
|
|
; коррозия с кислородной деполяризацией возможна |
||
Ag / Ag |
|
|
O /OH |
|
||
|
|
|
2 |
|
|
|
Уравнения реакций электродных процессов: |
||||||
А(–): |
Ag – 1ē → Ag+ |
|||||
K( ) : O |
2 |
4H+ 4ē 4OH (кислородная деполяризация) |
||||
|
|
|
|
|
|
|