Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Теоретическое введение. Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через электрохимическую систему




Электролизом называется совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита.

Если в раствор электролита погрузить электроды и подключить их к внешнему источнику постоянного тока, то ионы в растворе получают направленное движение. К аноду (положительному электроду) движутся анионы (кислотные остатки, OH). К катоду (отрицательному электроду) движутся катионы (Мn+, H+). Достигнув электродов, ионы разряжаются: у анода восстановитель отдает электроны (в сеть) и окисляется; у катода окислитель присоединяет электроны (из сети) и восстанавливается.

При электролизе водных растворов, кроме ионов электролита в окислительно-восстановительном процессе принимают участие молекулы воды. Молекулы воды сильно полярны и поэтому притягиваются и к катоду и к аноду. На катоде молекулы воды могут восстанавливаться:

2О + 2ē = Н2 + 2ОН(j = –0,41 В),

а на аноде – окисляться:

2О – 4ē = 4Н+ + О2 (j = +1,23 В).

Характер катодного процесса при электролизе водных растворов определяется величиной стандартного электродного потенциала металла. На катоде в первую очередь восстанавливаются катионы, имеющие наибольшее значение электродного потенциала. Если катионом электролита является металл, электродный потенциал которого значительно более отрицательный, чем –0,41 В, то на катоде металл восстанавливаться не будет, а произойдет восстановление молекул воды. Эти металлы расположены в ряду напряжений от Li по Al включительно. Если катионом электролита является металл, электродный потенциал которого значительно положительнее, чем –0,41 В, то из нейтрального раствора такого электролита на катоде будет восстанавливаться металл. Такие металлы находятся в ряду напряжений вблизи водорода (примерно от олова и после него). В случае ионов металлов, имеющих значения потенциала близкие к –0,41 В (Zn, Cr, Fe, Cd, Ni), в зависимости от концентрации электролита и условий электролиза, возможно как восстановление металла, так и выделение водорода, а нередко и их совместный разряд.

На аноде в первую очередь окисляются анионы с наименьшим значением электродного потенциала. Различают электролиз с нерастворимым (инертным) и растворимым (активным) анодами. Инертным называется анод, материал которого в ходе электролиза не окисляется (графит, уголь, платина). Активным называется анод, материал которого может окисляться в ходе электролиза.

На инертном аноде при электролизе водных растворов щелочей, растворов электролитов с кислородсодержащими анионами (SO42−, PO43−, NO3), а также фторид-ионами F‾ на аноде происходит электрохимическое окисление воды:

2H2O − 4ē → 4H+ + O2.

Если анионы электролита бескислородны (Cl, Br, I, S2−), то они и разряжаются на аноде в ходе электролиза.

Активный (растворимый) анод при электролизе окисляется – переходит в раствор в виде ионов.

Рассмотрим несколько случаев электролиза водных растворов солей.

Э л е к т р о л и з р а с т в о р а CuCl2 c и н е р т н ы м а н о д о м

Электродный потенциал меди (+0,337 В) значительно больше потенциала восстановления ионов водорода из воды (–0,41 В). Поэтому на катоде происходит процесс восстановления ионов Cu2+. У анода будут окисляться хлорид-ионы.

Схема электролиза раствора хлорида меди (II)

CuCl2 = Cu2+ + 2Cl

Катод (−) ← Cu2+, H2O Анод (+) ← Cl, H2O

Cu2+ + 2ē → Cu0 2Cl − 2ē → Cl2

Суммарное уравнение реакции, протекающей при электролизе, имеет вид:

CuCl2 → Cu + Cl2.

Продукты электролиза – Cu и Cl2.

Э л е к т р о л и з р а с т в о р а KNO3 с и н е р т н ы м а н о д о м

Электродный потенциал калия (−2,924 В) значительно меньше потенциала восстановления ионов водорода из воды (–0,41 В), поэтому катионы K+ не будут восстанавливаться на катоде. Кислородсодержащие анионы NO3 не будут окисляться на аноде. В этом случае на катоде и аноде восстанавливаются и окисляются молекулы воды. При этом в катодном пространстве будут накапливаться ионы OH, образующие с ионами K+ щелочь KOH, а в анодном пространстве накапливаются ионы H+, образующие с ионами NO3 кислоту HNO3.

Схема электролиза раствора нитрата калия

KNO3 = K+ + NO3

Катод (−) ← K+, H2O Анод (+) ← NO3, H2O

2H2O + 2ē → H2 + 2OH; 2H2O − 4ē → O2 + 4H+;

у катода 2K+ + 2OH → 2KOH; у анода 2H+ + 2NO3 → 2HNO3.

Суммарное уравнение реакции электролиза раствора KNO3

2KNO3 + 4H2O → 2H2 + О2 + 2КОН + 2HNO3.

Продукты электролиза – Н2 и О2. У катода образуется щелочь КОН

(рН > 7); у анода − кислота HNO3 и рН < 7.

Э л е к т р о л и з р а с т в о р а NiSO4 с н и к е л е в ы м а н о д о м

В этом случае сам анод окисляется, а на катоде восстанавливаются ионы никеля.

Схема электролиза раствора сульфата никеля

Катод (−) ← Ni2+, H2O Анод никелевый ← SO42−, H2O

Ni2+ + 2ē → Ni0 Ni0 – 2ē → Ni2+


Поделиться:

Дата добавления: 2014-11-13; просмотров: 144; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты