Một thanh kim loại hình trụ có bán kính 20 mm và chiều cao 0,5 m cần được phủ lên bề mặt một lớp kim loại Ni có bề dày 200 μm bằng phương pháp điện phân. Bình điện phân được thiết kế cho thí nghiệm này chứa 5,4 kg NiSO4.7H2O và 7,2 lít nước với cathode là kim loại hình trụ cần mạ và anode là điện cực graphite, cường độ dòng điện là 2,2 A.
a. Viết các bán phản ứng xảy ra trên các điện cực và phương trình điện phân dung dịch NiSO4.
b. Xác định nồng độ phần trăm của NiSO4 tại thời điểm ban đầu và sau khi kết thúc điện phân.
c. Tính thời gian cần thiết để kết thúc quá trình điện phân, biết hiệu suất của quá trình điện phân là 90%.
Cho khối lượng riêng của Ni là 8,9 g/cm3, của nước là 1,0 g/cm3; pi= 3,14; nguyên tử khối của các nguyên tố: H = 1; O = 16; S = 32; Ni = 59.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Anode: H2O —> O2 + 4H+ + 4e
Cathode: Ni2+ + 2e —> Ni
Phản ứng: NiSO4 + H2O —> Ni + ½O2 + H2SO4
(b) mNiSO4 ban đầu = 5,4.155/281 = 2,9786 kg
C%NiSO4 ban đầu = 2,9786/(5,4 + 7,2.1) = 23,64%
V trụ = πr²h
Trước mạ: r = 2 cm; h = 50 cm
—> V trước = 628 cm³
Sau mạ: r = 2 + 0,02 cm; h = 50 + 0,04 cm
—> V sau = 641,1353 cm³
—> mNi = 8,9(V sau – V trước) = 116,9042 gam
—> mO2 = 16mNi/59 = 31,7028 gam
C%NiSO4 sau điện phân = (2978,6 – 155.116,9042/59) / (5400 + 7200.1 – 116,9042 – 31,7028) = 21,46%
(c) mNi = 116,9042/90% = 59It/2F —> t = 193139s