Разряд ионов металлов на катоде при электролизе

[Kaligula]

Помогите ответить на вопрос по электролизу:
Последовательность разрядки ионов металлов на катоде при электролизе


Пристукну!
Прежде чем постить сюда правил не читаем?
Что за название у темы?

Nord

[Ximik]

При электролизе раствора соли на катоде восстанавливаются металлы стоящие после водорода в ряду напряжений, то есть это: Cu, Ag, Au, Hg, Pt. Все, что стоят до водорода - из раствора не восстанавливаются (Исключение Fe3+, в отличае от Fe2+ оно стоит после водорода).

Короче, металлы разряжаются в такой последовательности, в какой они находятся в ряду напряжений, только в обратную сторону.

[Kaligula]

Там три случая должно быть...

[Vetal]

1) Неактивные (типа Сu, Ag, Pt) высаждаютса первыми
2) Среднеактивные (типа Ni, Fe) высаждаютса параллельно с водородом
3) Активные (типа Ca, Na, K) не высаждаютса

[Ximik]

Vetal, ну это ты грубовато написал. Если представить себе фантастический раствор, содержащий соли всех металлов (например, нитраты), то первым будет разряжатся золото, а последним литий. Короче, открываем ряд напряжений металлов и там смотрим порядок.

[Vetal]

При электролизе раствора соли на катоде восстанавливаются металлы стоящие после водорода в ряду напряжений, то есть это: Cu, Ag, Au, Hg, Pt.
Короче, металлы разряжаются в такой последовательности, в какой они находятся в ряду напряжений, только в обратную сторону.

С этим согласен, и не спорю что так правильнее (только все же то, что до водорода частично высаждаетса (кроме 1А, 2А))
но, попросили 3, я написал, как в школе учили...

[Nord]

Раз коллеги-электрохимики помалкивают, отвечаю:

1. Если металл стоит в ряду напряжений правее водорода (его стандартный электродный потенциал положителен), то при электролизе раствора его соли (не слишком разбавленного, 1М - стандартный) будет выделяться только металл.

2. Если металл стоит в ряду напряжений левее водорода, но не слишком далеко - будет, в общем случае, выделяться и водород и металл.
Почему? Да потому что, во-первых, потенциал водородного электрода в нейтральном растворе (рН=7) не 0.0В, как почему-то многие считают, а -0.41В. (0.0В он в 1н растворе сильной кислоты). Во-вторых, часто вмешивается кинетика - выделение газообразного водорода на поверхностях материала электродов часто затруднено, что препятствует разряду его ионов. Поэтому, металлы с отрицательным электродным потенциалом, вплоть до цинка, выделяются при электролизе растворов их солей, за исключением, возможно, комплексных.

3. Если металл активнее цинка, то выделяется практически один водород.

[Ximik]

Nord, не, цинк наврядли пойдёт. Доказываю: Вы сами сказали, что у водорода потенциал -0,41, значит из раствора будут восстанавливаться металлы с потенциалом больше -0,41. То есть это: кобальт, никель, олово, свинец, таллий, индий, железо трёхвалентное а также все остальные с потенциалом больше 0,00. А хром, цинк, двухвалентное железо, галлий и пр. более активные не будут восстанавливаться.

P.S. Объясните, почему у водорода в воде 0,41? Это величина постоянная?

[eukar]

Hint: потенциал водорода - pH-зависимая величина. Почему и как - легко понять, записав уравнение для полуреакции.

[Nord]

Nord, не, цинк наврядли пойдёт. Доказываю: Вы сами сказали, что у водорода потенциал -0,41, значит из раствора будут восстанавливаться металлы с потенциалом больше -0,41. То есть это: кобальт, никель, олово, свинец, таллий, индий, железо трёхвалентное а также все остальные с потенциалом больше 0,00. А хром, цинк, двухвалентное железо, галлий и пр. более активные не будут восстанавливаться.

P.S. Объясните, почему у водорода в воде 0,41? Это величина постоянная?

Вам правильно подсказали: потенциал водородного электрода напрямую связан с активностью ионов водорода в растворе, а она как раз и выражается величиной pH.

Все-таки цинк тоже выделяется, и здесь важно то, что по тем, или иным причинм скорость разряда ионов водорода оказывается низка (электрод поляризуется). В этом случае в ощутимой мере начинает идти конкурирующая реакция - разряд ионов металлов.

[Лелик]

Nord, не, цинк наврядли пойдёт. Доказываю: Вы сами сказали, что у водорода потенциал -0,41, значит из раствора будут восстанавливаться металлы с потенциалом больше -0,41. То есть это: кобальт, никель, олово, свинец, таллий, индий, железо трёхвалентное а также все остальные с потенциалом больше 0,00. А хром, цинк, двухвалентное железо, галлий и пр. более активные не будут восстанавливаться.

Цинк выделяться будет. Поляризационная кривая (в координатах плотность тока - потенциал) для цинка идет круто вверх, у водорода же она сначала идет полого, а потом также круто вверх. Таким образом при умеренных плотностях тока цинк выделяться будет и с довольно большим выходом по току.
Хром, кстати, тоже выделяется из водных растворов (хромирование), хоть и с низким выходом по току.

P.S. Объясните, почему у водорода в воде 0,41? Это величина постоянная?

Потенциал электрода определяется по уравнению Нернста:

E=E0+R*T/(n*F)*ln aOx/aRed=E0+0.059/n*lg aOx/aRed,

где E – потенциал электрода, В;
E0 – стандартный электродный потенциал, В;
R – универсальная газовая постоянная, 8,312 Дж/(моль*К);
T – абсолютная температура, К;
n – число электронов, участвующих в электродной реакции;
F – постоянная Фарадея, 96485 Кл/моль;
aOx, aRed – активность окисленной и восстановленной форм редокс-системы.

В случае с ионами водорода:

E=E0+0.059/n*lg aH+ = -0.059pH,

т.е. потенциал электрода селективного по отношению к ионам водорода напрямую зависит от pH.