Răspuns: Se aplică legea I a electrolizei (Faraday):
A. Cantitatea de substanță separată la electroliză este proporțională cu cantitatea de electricitate consumată.
În cazul de față, masa de Cu depus la catod (m Cu), se calculează cu relația matematică:
m Cu = Ke.Q
unde:
- -Q=cantitatea de electricitate consumată în timpul electrolizei, pentru separarea Cu din soluția apoasă de CuSO₄
-Q=I.t (C)
I=intensitatea curentului electric (A)
t= timpul de electroliză (s)
1 C = 1 A.1s
- -Ke=coeficient electrochimic, pentru Cu
Ke Cu= A Cu/ z.F
A Cu = masa atomică Cu=63,5 g/mol atom
z=număr de electroni transferați de ionul Cu
A/z=Echivalentul chimic al Cu in reactia redox, de la electroliza
F=constanta lui Faraday=96500 C/ Echiv.gram
Rezultă:
m Cu =( ACu/z.F ) . I. t
**********************
Atentie, dacă este dat randamentul în cantitatea de Cu (mai mic decât 100%), obținut la electroliză, atunci, noi obținem prin calculul ”m=Ke.Q” o cantitate teoretică de Cu, pentru cazul ideal, când nu sunt pierderi. Deci trebuie să calculăm cantitatea practic obținută de Cu.
Calcule:
a) masa teoretică de Cu separat, pe catod, o notăm mt Cu și o calculăm cu:
mt Cu =( ACu/z.F ) . I. t
t(s) = 40 min.60=2400s
z= 2 e⁻ ( Cu²⁺ + 2 e⁻ = Cu°↓)
Rezultă:
mt Cu = (63,5/2.96500) . 3 .2400=2,3689 g Cu aprox. 2,37 g
b) masa Cu obținut practic, o notăm mp Cu și se calculează din randament și mt Cu:
Л=mp Cu.100/ mt Cu
mp Cu = 80%. 2,37 g/100%=1,896
R: 1,896 g Cu practic separat
B. Fenomene - Reacții chimice ce au loc la electroliza soluției apoase de CuSO₄, cu electrozi inerți:
b1) ionizarea (disocierea), în soluție:
CuSO₄⇔ Cu²⁺ + SO₄²⁻ total
H₂O ⇔ HO⁻ + H⁺ parțial, vezi Kw
H⁺ (H₂O)→H₃O⁺
b2) migrarea spre electrozi, a ionilor formați:
catod(-) Cu²⁺ , H⁺
anod (+) SO₄²⁻, HO⁻
b3) descărcarea ionilor de sarcina lor electrică la electrozi, în funcție de potențialul de reduce. Se descarcă numai ionii, cu cel mai mic potențial (vezi seria potențialelor standard de reducere).
Acestea sunt:
Cu (-0,34 V); H⁺(0 V); SO₄²⁻(+2,00 V), HO⁻ (aprox...0,34 V)
Astfel:
catod(-) Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu⁰ ↓ reducere / 2
anod (+) Aici sunt posibile reacțiile:
4 HO⁻ - 4e⁻ → 2H₂O (l) + O₂↑ oxidare
O reacție acceptată, în scop didactic:
2H₂O - 4e⁻ → O₂ ↑ + 4 H⁺ oxidarea apei
Rămân în soluție ionii H⁺ și SO₄²⁻, care vor forma H₂SO₄
bilanțul de electroni:
4 e primiți de Cu = 4 e cedați prin oxidarea apei
---------------------------------------------------------
Reacția generală este:
2CuSO₄ +2 H₂O → 2 Cu↓ + O₂↑ +2 H₂SO₄
Explicație:
V-am scris multe informații, pentru a vă ajuta să înțelegeți ceea ce v-am scris.
Verificați, calculele!
