Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекающих на железных электродах (с учетом перенапряжения)

Постоянный пользователь нашего ресурса написал нам почту в 23:18 с просьбой предоставить развернутый ответ на его вопрос. Наши эксперты отнесли этот вопрос к разделу Разное. Для ответа был привлечен один из опытных специалистов, который занимается написанием студенческих работ.

Цитируем вопрос ваш вопрос

Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов, протекающих на железных электродах (с учетом перенапряжения) при электролизе водного раствора соли CdSO4 в атмосфере воздуха, при активности ионов Cd2+ = 1 моль/л. Среда кислая, рН < 7, температура 298 К, плотность тока i = 10 А/м², φ=+2,01 В

Разбор вопроса и ответ на него

Раздел 'ЕГЭ (школьный)', к которому был отнесён этот вопрос является не простой рубрикой. Для подготовки ответа на вопросы из этой рубрики специалист должен обладать широкими познаниями в различных научных областях. Однако в нашей компании таковые имеются.

Вы спрашивали:

Конечно этот ответ может полностью не раскрыть тему вопроса, но мы постарались сделать его максимально полным. Предлагаем ознакомиться с мнением эксперта по этой теме:

(+) Fe | CdSO4 а(Cd2+)= 1 моль/л, Н2О, Н+ (рН<7) , i = 10 А/м² | Fe (–)
Плотность тока влияет на величину перенапряжения.
Непонятно, что за φ=+2,01 В дано, но скорее всего для ионов S2O8(2–), которые образуются в рез. восст-я ионов SO4(2–) при очень высоких напряжениях (которые обычно не достигаются в электролизере).
Кроме того, не указана величина рН, поэтому не совсем ясно с катодными процессами.
Думаю, так:

Уравнение диссоциации СdSO4: СdSO4 → Сd(2+) + SO4(2–).

Анод (+) состоит из Fe, в прианодном пространстве находятся SO4(2–), O2 и Н2О.
Fe(2+) + 2ē ⇆ Fe , φº= –0,4470 В
S2O8(2–) + 2ē ⇆ 2SO4(2–) , φº= +2,010 В
O2 + 4H(+) + 4ē ⇆ 2 H2O φ = φº + Δφа = 1,229 В + 0,85 = 2,079 В (перенапряжение кислорода при i = 10 А/м² = 0,001 мА/см² на железном аноде равно Δφа = 0,85 В - Краткий справочник физико-химических величин / под ред. А. В. Равделя).
На аноде идет процесс отдачи электронов (окисление), причем при заданной плотности тока в первую очередь будет происходить та реакция, которая имеет более отрицательный потенциал, то есть сумма (φº + Δφа), имеет наименьшее значение. Поэтому в данном сл. растворяется железо:
Fe – 2ē → Fe(2+)
Разряда молекул воды и сульфат-ионов не происходит. Ионы Fe(2+) переходят в раствор и направляются к катоду.

Катод (–) состоит из Fe, в прикатодном пространстве находятся ионы Сd(2+) 1М , ионы Fe(2+), образующиеся в анодном пространстве и притягивающиеся к катоду, ионы Н+ (т.к. рН<7) и молекулы Н2О.
Fe(2+) + 2ē ⇆ Fe , φº= –0,4470 В - однако в исх. р-ре этих ионов нет, они образуются на аноде и имеют очень низкую конц-ю, и будут восст. только при низких конц-ях более активных ионов кадмия, т.е. в самом конце.
Сd(2+) + 2ē ⇆ Сd , φº= – 0,4030 В
2H(+) + 2ē ⇆ H2 φ=φº + Δφк = –0,059рН + Δφк = –0,059рН + (– 0,36) (перенапряжение восстановления ионов водорода на железном катоде равно Δφк = – 0,36 В).
На катоде в первую очередь восстанавливаются частицы с бо́льшим потенциалом.
Поскольку рН не дан, невозможно посчитать водородный пот-л. Поэтому предположим, что наряду с восстановлением кадмия может проходить восст-е ионов водорода.

Таким образом, при электролизе водного раствора соли CdSO4 в атмосфере воздуха и рН<7, будут протекать реакции:
А(+): Fe – 2ē → Fe(2+)
К(–): Сd(2+) + 2ē → Сd
и возможно 2H(+) + 2ē → H2 (скорость зависит от величины рН)

К нам на почту приходит много вопросов. Мы стараемся отвечать на все. Однако вы должны понимать, что большая загруженность увеличивает время ответа. Сейчас среднее время ответа равно 18:43.