Условие задачи

Электролиз раствора NaI проводили при силе тока 6 A в течение 2,5 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах, и вычислите массу вещества, выделившегося на катоде и аноде?

Решение

Ниже приведён подробный разбор задачи по электролизу, относящийся к разделу электрокимии (электролиз, законы Фарадея, электрохимические реакции).

──────────────────────────────
1. Формулировка задачи

Раствор NaI подвергся электролизу при токе I = 6 А в течение t = 2,5 ч. Необходимо составить электронные уравнения процессов на угольных электродах (анод и катод) и вычислить массу вещества, выделившегося на каждом из них.

──────────────────────────────
2. Электрохимические процессы

При электролизе водного раствора NaI возможны реакции на электродах. Важно отметить, что восстановление Na⁺ до металлического натрия требует экстремально отрицательного потенциала, поэтому на катоде восстановлением будет вода, а не Na⁺. При этом на аноде окисляются ионы I⁻, поскольку их окисление легче, чем эволюция кислорода из воды.

• На катоде происходит восстановление воды:
2 H₂O(l) + 2 e⁻ → H₂(g) + 2 OH⁻(aq)

• На аноде происходит окисление йодид-ионов:
2 I⁻(aq) → I₂(s) + 2 e⁻

(Заметим, что в кислой или нейтральной среде осаждающееся молекулярное йод может далее образовывать йодидные комплексы, но в данной задаче рассматриваем именно выделение I₂.)

──────────────────────────────
3. Расчёт по законам Фарадея

Общий заряд, прошедший через электролизёры, определяется по формуле:
Q = I · t

Время t надо перевести в секунды:
t = 2,5 ч = 2,5 × 3600 с = 9000 с

Тогда:
Q = 6 А × 9000 с = 54 000 Кл

Количество переданных электронов (в молях) определяется по соотношению:
nₑ = Q ÷ F

где F ≈ 96 500 Кл/моль – постоянная Фарадея.

Вычисляем:
nₑ = 54 000 ÷ 96 500 ≈ 0,56 моль

Так как в обоих полуреакциях задействовано по 2 электрона на молекулу продукта, число молей выделяемого вещества определяется как:
n (продукта) = nₑ÷2 ≈ 0,56 ÷ 2 ≈ 0,28 моль

──────────────────────────────
4. Массы выделившихся веществ

А) На катоде выделяется водород H₂.
Молярная масса водорода H₂ ≈ 2,0 г/моль.
Масса водорода: m(H₂) = n(H₂) × 2,0 г/моль ≈ 0,28 моль × 2,0 г/моль ≈ 0,56 г

Б) На аноде выделяется молекулярный йод I₂.
Молярная масса йода: M(I) ≈ 127 г/моль, следовательно, у I₂: 2×127 = 254 г/моль.
Масса йода: m(I₂) = n(I₂) × 254 г/моль ≈ 0,28 моль × 254 г/моль ≈ 71,12 г

(Округляя, получаем примерно 0,56 г водорода и 71,1 г йода.)

──────────────────────────────
5. Итоговый ответ

Дисциплина задачи – электрокимия. Используя законы Фарадея, получаем, что на катоде при электролизе раствора NaI выделяется водород по уравнению

2 H₂O(l) + 2 e⁻ → H₂(g) + 2 OH⁻(aq),

а на аноде – йод по уравнению

2 I⁻(aq) → I₂(s) + 2 e⁻.

При токе 6 А, в течение 2,5 ч, через систему проходит около 54 000 Кл (≈0,56 моль электронов), что даёт около 0,28 моль продукта на каждом электроде. Таким образом, масса выделившегося водорода составляет примерно 0,56 г, а йода – примерно 71,1 г.

──────────────────────────────
Ответ:
На катоде: 2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 OH⁻ (выделяется ≈0,56 г H₂).
На аноде: 2 I⁻ → I₂ + 2 e⁻ (выделяется ≈71,1 г I₂).