Схема электролиза водных растворов с растворимым анодом

 Схема электролиза водных растворов с растворимым анодом

Рассмотрим несколько примеров электролиза с медным анодом.

Электролиз раствора сульфата меди с медным анодом

и угольным катодом

Схема электролизера: (-) С_графит| CuSO_{4(раствор)}|Cu (+)

1. В водном растворе сульфат меди полностью диссоциирует на ионы CuSO₄ → Cu ²⁺  + SO₄^2-, таким образом, в электролите присутствуют три вида частиц, способных участвовать в электродных реакциях: ионы Cu²⁺, SO₄^2- и молекулы Н₂О. Металлическая медь, из которой сделан анод, способна окисляться.  

2. Возможные анодные реакции:

(+) An: Cu⁰ – 2е=Cu²⁺            E⁰= +0, 337B                 

         2 SO₄^2- - 2е= S₂O₈^2-   E⁰ = +2, 01B                 

         2 Н₂О -4е = O₂ + 4H⁺ E⁰ = +1, 23B                  

Возможные катодные реакции:

(-) Kat: 2Н₂О + 2е= H₂ + 2OH^- E⁰= -0, 82B

          Cu ²⁺ + 2е= Cu ⁰        E⁰ = +0, 337B          

3. Сравнив потенциалы реакций, делаем вывод, что на аноде будет протекать первая реакция, так как потенциал этого процесса меньше, чем потенциал других процессов, а на катоде − вторая реакция, так как ее потенциал наибольший.

4. Сложив эти уравнения, получаем суммарную реакцию электролиза:

    Cu⁰ + Cu ²⁺ = Cu²⁺ + Cu ⁰ ИМУ

             Cu⁰ + CuSO₄ = CuSO₄ + Cu ⁰ МУ

Полученная реакция является несамопроизвольной ОВР, которая идет под действием электрического тока. В процессе электролиза происходит перенос меди с анода на катод.

В промышленности такой электролиз используется для высокой степени очистки меди от примесей.

Электролиз раствора сульфата меди с медным анодом

 и железным катодом

 Схема электролизера: (-) Fe| CuSO_{4(раствор)}|Cu (+).

1. В водном растворе сульфат меди полностью диссоциирует на ионы  CuSO₄ → Cu²⁺  + SO₄^2-, таким образом, в электролите присутствуют три вида частиц, способных участвовать в электродных реакциях: ионы Cu²⁺и SO₄^2- и молекулы Н₂О. Металлическая медь, из которой сделан анод, также способна окисляться.  

2. Возможные анодные реакции:

(+)An: Cu⁰ – 2е =Cu²⁺           E⁰= +0, 337 B               

         2 SO₄^2- - 2е = S₂O₈^2-   E⁰ = +2, 01 B                 

         2 Н₂О -4е  = O₂ + 4H⁺ E⁰ = +1, 23 B                 

Катод, сделанный из железа, не принимает участия в реакциях восстановления. Возможные катодные реакции:

(-)Kat: 2Н₂О + 2е = H₂ + 2OH^- E⁰= -0, 82 B    

         Cu²⁺ + 2е = Cu⁰           E⁰ = +0, 337 B        

3. На основании потенциалов реакций, делаем вывод, что на аноде будет протекать первая реакция, а на катоде − вторая реакция.

4. Сложив эти уравнения, получим суммарную реакцию электролиза:

    Cu⁰ + Cu²⁺ = Cu²⁺ + Cu⁰    ИМУ

             Cu⁰ + CuSO₄ = CuSO₄ + Cu⁰ МУ

Эта запись означает, что полученные при растворении медного анода ионы меди Cu²⁺ под действием электрического поля мигрируют к железному катоду и восстанавливаются (осаждаются) на нем. В результате стальная деталь, являющаяся катодом, покрывается слоем металлической меди.

 

          Схема электролиза с нерастворимым анодом

            Электролиз водного раствора иодида натрия NaI

с угольными электродами

 Схема электролизера: (-) C_графит | NaI_{(раствор)} | C_графит (+).

1. В водном растворе иодид натрия полностью диссоциирует на ионы NaI → Na ⁺  + I^-, следовательно, в электролите присутствуют три вида частиц, способных участвовать в электродных реакциях: ионы Na⁺ и I^- и молекулы воды Н₂О. Анодный графит является инертным (нерастворимым) электродом.

2. Возможные анодные реакции:

(+) An: 2I^- - 2е = I₂                      E⁰ = +0, 536 B    

          2 Н₂О -4е  = O₂ + 4H⁺          E⁰ = +1, 23 B       

Возможные катодные реакции:

(-)Kat:    Na⁺ + е = Na⁰                    E⁰ = -2, 714 B  

          2Н₂О + 2е = H₂ + 2OH^-    E⁰ = -0, 82 B    

3. Сравнив потенциалы реакций, делаем вывод, что на аноде будет протекать первая реакция, так как ее потенциал наименьший, а на катоде – вторая, так как ее потенциал наибольший.

4. Сложив эти уравнения, получим суммарную реакцию электролиза:

   2I^- + 2Н₂О = I₂ + H₂ + 2OH^-    ИМУ

  2NaI + 2Н₂О = I₂ + H₂ + 2NaOH МУ

В результате электролиза водного раствора иодида натрия с нерастворимым угольным анодом в анодном пространстве электролизера образуется молекулярный иод, а в прикатодном пространстве – раствор гидроксида натрия и газообразный водород.

 

Электролиз водного раствора хлорида натрия NaCl

с угольными электродами

Схема электролизера: (-) C_графит | NaCl_{(раствор)} | C_графит (+).

1. В водном растворе хлорид натрия полностью диссоциирует на ионы Na Cl → Na ⁺  + Cl^-, следовательно, в электролите присутствуют три вида частиц, способных участвовать в электродных реакциях: молекулы воды Н₂О, ионы Na⁺ и Cl^-. Угольный анод является инертным (нерастворимым) электродом.

2. Возможные анодные реакции:

(+) An: 2 Cl^- - 2е   = Cl₂                      E⁰ = +1, 36 B    

          2 Н₂О – 4е = O₂ + 4H⁺                E⁰ = +1, 23 B       

 Возможные катодные реакции:

(-)Kat:    Na⁺ + е= Na⁰                          E⁰ = -2, 714 B  

         2Н₂О + 2е = H₂ + 2OH^-          E⁰ = -0, 82 B    

3. На аноде в конкурирующих реакциях образуются газы, выделение которых сопровождается высоким перенапряжением, особенно для кислорода.

 

С учетом этого, наименьший потенциал у реакции окисления ионов хлора. На катоде наибольший потенциал у второй реакции, в которой выделяется водород.

4. Сложив выбранные уравнения, получим суммарную реакцию электролиза:

  2 Cl^- + 2Н₂О = Cl₂ + H₂ + 2OH^-   ИМУ

  2NaCl + 2Н₂О = Cl₂ + H₂ + 2NaOH МУ

В результате электролиза водного раствора хлорида натрия на аноде образуется молекулярный хлор, на катоде – водород, а в прикатодном пространстве – раствор гидроксида натрия.

 

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: