Омский государственный технический университет Кафедра «Химия» Шубенкова Е.Г. Электролиз Мультимедийная слайд-лекция ©ОмГТУ, 2014
Электролиз - окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. Электролиты – это вещества растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Электролиты: соли, кислоты, щелочи.
Согласно ионной теории электролиза прохождение постоянного электрического тока через электролит осуществляется с помощью ионов. При этом также как и в гальваническом элементе на аноде происходит процесс окисления (анионы теряют электроны), а на катоде процесс восстановления (присоединение электронов). При электролизе катод заряжен отрицательно анод - положительно.
Электрический ток подводится с помощью электродов. Различают электроды: инертные электроды не вступают в химические реакции, находясь в контакте с электролитами и при пропускании электрического тока (графит, платина, уголь); неинертные электроды вступают в химическую реакцию окисления на аноде при пропускании электри - ческого тока (алюминий, медь и др. металлы).
Электролиз расплавов электролитов Электролиз растворов электролитов
В процессе электролиза расплавов на электродах происходят электрохимические реакции с участием только ионов расплава. На катоде восстанавливаются катионы металлов: Ме n+ + n е - → Ме 0 На аноде: анионы бескислородных кислот (кроме F - ) окисляются до соответствующего простого вещества: 2Cl - - 2e - ⟶ Cl 2 0 ↑ кислородсодержащие анионы выделяют кислород и превращаются в один из оксидов: SO 4 2- - 2e - ⟶ SO 2 ↑ + O 2 ↑
Электродные процессы: (-) К: Na + + 2е - ⟶ Na 0 (+) А: 2Cl - - 2e - ⟶ Cl 2 0 ↑ В расплаве присутствуют только ионы электролита: NaCl ⟶ Na + + Cl - Уравнение электролиза: 2 NaCl ⟶ 2 Na 0 + Cl 2 0 ↑
Электродные процессы: (-) К: Ca 2+ + 2e - = Ca 0 (+)A : 2 С l - - 2e - = Cl 2 0 Уравнение электролиза: CaCl 2 → Ca 0 + Cl 2 0 В расплаве присутствуют только ионы электролита: CaCl 2 ⟺ Ca +2 + 2 Cl -
Электролизом расплавов получают щелочные и щелочноземельные металлы.
Помнить: в процессах на электродах участвуют только ионы электролита.
Происходит в присутствии молекул воды и продуктов ее диссоциации (Н +, ОН - ), которые принимают участие в электродных процессах. В итоге: в электролизе водных растворов электролитов участвуют: ионы электролита; молекулы воды, Н + и ОН -.
Электролиз воды – используется как способ получения газообразных кислорода и водорода. Уравнение электролиза воды: Молекулы воды могут подвергаться электрохимическому окислению или восстановлению на катоде и на аноде. (-)К: 2Н 2 О + 2е - → Н 2 ↑ + 2ОН - (+)А: 2Н 2 О - 4е - → О 2 ↑ + 4Н +
Электролиз водных растворов сопровождается избирательным разрядом ионов при этом имеет место определенная последовательность разрядки ионов на электродах. Последовательность разрядки ионов будет зависеть от относительных значений электродных потенциалов. На катоде первым будет восстанавливаться наиболее сильный окислитель (имеющий наибольшее значение φ). На аноде первым окисляется наиболее сильный восстановитель (имеющий наименьшее значение электродного потенциала φ).
Катионы активных металлов ( от Li до Al включительно) и катион аммония ( NH 4 + ) на катоде не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды по уравнению: (-)К: 2Н 2 О + 2е - → Н 2 ↑ + 2ОН - Катионы металлов средней активности (от Al до водорода ) восстанавливаются на катоде совместно с молекулами воды: (-)К: Ме n+ + n е - → Ме 0 2Н 2 О + 2е - → Н 2 ↑ + 2ОН - 3. Катионы малоактивных металлов ( после водорода ) восстанавливаются на катоде: (-)К: Ме n+ + n е - → Ме 0 4. Ионы водорода восстанавливаются только из растворов кислот: (-)К: 2Н + + 2е - → Н 2 ↑
1. Анионы бескислородных кислот ( ) окисляются на аноде до простых веществ: (+)А: 2. Анионы кислородсодержащих кислот ( и и др.), не окиляются на аноде, вместо них окисляются молекулы воды по уравнению: (+)А: 2Н 2 О - 4е - → О 2 ↑ + 4Н + 3. Фторид ионы ( F - ) не окисляются на аноде, вместо них окисляются молекулы воды: (+)А: 2Н 2 О - 4е - → О 2 ↑ + 4Н + 4. Анионы ОН - окисляются на аноде только при электролизе растворов щелочей: (+)А:
Если электроды неинертны (т.е. изготовлены из металлов), то анионы из раствора не окисляются, а окисляется сам анод: (+)А: В итоге: Анод растворяется. Применение: Для получения химически чистых металлов.
NaCl + nH 2 O → Na + + Cl - + n H 2 O
Электродные процессы: (-) К: Zn 2+ + 2 е - ⟶ Zn 0 2Н 2 О + 2е - → Н 2 ↑ + 2ОН - (+) А: 2Cl - - 2e - ⟶ Cl 2 0 ↑ Диссоциация соли: ZnCl 2 + nH 2 O → Zn 2+ + 2Cl - + n H 2 O Уравнение электролиза: 2ZnCl 2 + 2 H 2 O → Zn 0 + 2Cl 2 0 + Н 2 ↑ + Zn (OH) 2 ↓
Уравнение электролиза: CuSO 4 + 2 H 2 O → Cu 0 + O 2 ↑ + H 2 SO 4
Диссоциация соли: AgNO 3 + nH 2 O → Ag + + NO 3 - + n H 2 O Электродные процессы: В итоге:
Помнить: правила электролиза на катоде и аноде.
В 30-х годах XIX века М. Фарадеем были установлены количественные законы электролиза: Масса, образовавшегося при электролизе вещества пропорциональна количеству прошедшего электричества. При электролизе различных химических соединений равные количества электричества приводят к электрохимическому превращению эквивалентных количеств веществ.
или
Получение металлов (электрометаллургия). Покрытие металлических изделий другими металлами (гальваностегия). Получение точных металлических копий (гальванопластика).
В подготовке учебных материалов использовались следующие электронные ресурсы: - himhelp.ru alhimik.ru h ttp://900igr.net/kartinki/fizika/Primenenie- elektroliza/009-- Anod.htm… http://www.chem1.com/CQ/ionbunk.html http://rrc.dgu.ru/res/chem/1se… http://istochnik-m.ucoz.ru/pub…
Разработчик: доцент, к.х.н., Шубенкова Е.Г. Кафедра «Химия» пр. Мира, 11 главный корпус кабинет 422А т. 65-98-11 phiscem@omgtu.ru http://www.omgtu.ru/
