Условие задачи

Электролиз раствора нитрата серебра проводили при силе тока 2 A в течение 4 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса серебра выделилась на катоде и каков объем газа (н. у.), выделившегося на аноде?

Решение

Нам дана задача по электрохимии, в частности по законам электролиза (формула Фарадея). Решим задачу подробно.

──────────────────────────────
1. Электродные процессы

При электролизе раствора нитрата серебра (AgNO₃) и практической невозможности окисления ионов NO₃⁻, на катоде восстанавливается Ag⁺, а на аноде происходит окисление воды (с выделением кислорода). Электронные уравнения процессов:

• На катоде (восстановление серебра):
Ag⁺ + e⁻ → Ag

• На аноде (окисление воды, выделение кислорода):
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻

──────────────────────────────
2. Расчёт массы серебра, выделившегося на катоде

Сила тока I = 2 А, время работы t = 4 ч = 4 × 3600 с = 14400 с. Всего заряд Q:

Q = I · t = 2 А × 14400 с = 28800 Кл

По закону Фарадея количество вещества, выделившегося на катоде, определяется по соотношению:
n(Ag) = Q / (F · ν)
где F ≈ 96485 Кл/моль – постоянная Фарадея, ν = 1 (на восстановление одного атома Ag требуется 1 электрон).

Тогда:
n(Ag) = 28800 Кл / 96485 Кл/моль ≈ 0,2985 моль

Молярная масса серебра M(Ag) ≈ 107,87 г/моль, получаем массу серебра:

m(Ag) = n(Ag) × M(Ag)
m(Ag) ≈ 0,2985 моль × 107,87 г/моль ≈ 32,2 г

──────────────────────────────
3. Расчёт объёма кислорода, выделившегося на аноде

В уравнении на аноде 4 электрона приводят к образованию 1 моля O₂, следовательно, количество молей кислорода:

n(O₂) = (количество электронов) / 4 = (Q / F) / 4
n(O₂) = 0,2985 моль / 4 ≈ 0,0746 моль

При нормальных условиях (н. у.) 1 моль газа занимает объём 22,4 Л. Следовательно, объём кислорода:

V(O₂) = n(O₂) × 22,4 Л/моль
V(O₂) ≈ 0,0746 моль × 22,4 Л/моль ≈ 1,67 Л

──────────────────────────────
Ответ:

• Электродные уравнения:
На катоде: Ag⁺ + e⁻ → Ag
На аноде: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻

• На катоде выделяется примерно 32,2 г серебра.

• На аноде при нормальных условиях выделяется примерно 1,67 л кислорода.