Электролиз раствора Fe(NO3)3 и KI , подробно

Электролиз раствора, содержащего нитрат железа (III) (Fe(NO₃)₃) и йодид калия (KI), — это интересный процесс, так как он включает несколько реакций, зависящих от типа электродов, концентрации реагентов и условий проведения. Разберем его поэтапно.

1. Разделение ионов в растворе

При растворении Fe(NO₃)₃ и KI в воде происходит диссоциация, в результате которой образуются следующие ионы:

• Fe(NO₃)₃ → Fe³⁺ + 3NO₃⁻
• KI → K⁺ + I⁻

Таким образом, в растворе присутствуют катионы Fe³⁺ и K⁺, а также анионы NO₃⁻ и I⁻.

2. Выбор электродов и их реакции

Для электролиза используются два электрода — анод и катод. При этом важно понимать, что:

• На катоде происходит восстановление, где ионы принимают электроны.
• На аноде происходит окисление, где ионы теряют электроны.

Рассмотрим реакции, происходящие на каждом из электродов.

Катод (отрицательный электрод)

На катоде могут восстанавливаться катионы. Среди возможных катионов в растворе у нас Fe³⁺ и K⁺, а также H⁺ от воды. Обычно восстановление ионов калия на катоде не происходит из-за высокого перенапряжения, поэтому первыми восстанавливаются либо ионы водорода, либо ионы железа.

Основные возможные реакции на катоде:

• Восстановление водорода: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-$
• Восстановление Fe³⁺: $Fe^{3+} + 3e^- \rightarrow Fe$

В условиях, когда конкурирует восстановление Fe³⁺ и водорода, обычно легче идет восстановление водорода, так как для восстановления Fe³⁺ требуется больше энергии. Поэтому выделяется газообразный водород (H₂).

Анод (положительный электрод)

На аноде возможны реакции с участием анионов I⁻ и NO₃⁻, а также воды.

• Окисление ионов I⁻: $2I^- - 2e^- \rightarrow I_2$
• Окисление воды: $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 + 4H^+$

Молекулы йода (I₂) выделяются при окислении ионов I⁻, так как эта реакция требует меньшего напряжения по сравнению с окислением NO₃⁻ или воды. В результате на аноде можно наблюдать выделение йода, который имеет характерный бурый цвет.

3. Итоговые продукты реакции

Таким образом, в процессе электролиза раствора Fe(NO₃)₃ и KI основными продуктами реакции являются:

• На катоде: водород (H₂) или металлическое железо (Fe), в зависимости от условий.
• На аноде: йод (I₂).

Йод может выделяться в виде бурого осадка или может растворяться, окрашивая раствор в темно-бурый цвет.

4. Побочные реакции и влияние концентраций

Концентрации веществ также могут влиять на характер протекания электролиза. Например, если концентрация Fe³⁺ очень высокая, возможно некоторое количество восстановления Fe³⁺ до металлического железа на катоде, особенно при высокой плотности тока. Но в обычных условиях водород восстанавливается легче.

5. Заключение

Электролиз раствора Fe(NO₃)₃ и KI приводит к выделению йода на аноде и водорода на катоде (или, в редких случаях, железа при специальных условиях).