Question

Poddano elektrolizie 100cm3 roztworu siarczanu (VI) miedzi (II) o stężeniu 0,2 mol/dm3. Na katodzie elektrolizera zachodzi proces redukcji jonów miedzi. Oblicz czas prowadzenia elektrolizy prądem o natężeniu 1A, jeśli na katodzie wydziela się połowa zawartej w roztworze miedzi. Załóż, że wydajność prądowa procesu wynosi 100%. Przyjmij, że stała Faradaya F= 96500 C/mol

Answer 1

Zachodzi r-cja :
 
(1) CuSO₄ --(prąd)--> Cu²⁺ + SO₄²⁻  , w związku z czym na katodzie obserwujemy proces :

(2) Cu²⁺ + 2e --> Cu

Jak widać na podstawie równania (1) na 1 mol CuSO₄ przypada 1 mol jonów Cu²⁺. 
W związku z tym n CuSO₄ = n Cu²⁺ ! 

V CuSO₄ = 0,1 dm³
Cm CuSO₄  = 0,2 mol/dm³
Cm = n/V ⇔ n = Cm*V
n CuSO₄ = 0,2*0,1 = 0,02 mola , dlatego :

n Cu = 0,02 mola oraz :
M Cu = 64 g/mol
n = m/M ⇔ m = n*M
m Cu = 0,02 * 64 = 1,28g 

Na podstawie treści wiemy jednak, iż na katodzie osadzić ma się jedynie połowa masy miedzi, tj. 1,28/2 = 0,64g 

Stosujemy wzór :

m = k*I*t  , gdzie k = M/F*z, czyli :
m = M*I*t/F*z ⇔ t = m*F*Z / M*I 

m = 0,64g
M = 64 g/mol
F = 96 500 C/mol
z = 2 (ponieważ miedź wymienia dwa elektrony Cu²⁺ / Cu )
I = 1 A

t = 0,64 * 96 500 * 2 / 64 * 1 = 1930 s ≈ 32 min

Elektrolizę trzeba przeprowadzać ok. 32 minut