Электролиз расплавов солей. Электролиз растворов солей. Катод: (вос-е)  Анод: (ок-е). Kat+;Н+(Н2О)  An‾; ОН‾(Н2О)

Электролиз расплавов солей

KatAn → Kat⁺ + An^‾

Kat⁺     Катод: (вос-е)                                     Анод: (ок-е)       An^‾

 

избыток (ē ) от источника тока, к          недостаток (ē ), к нему подходят Аn^¯ ,

нему подходят Kat⁺, которые при-            которые отдают лишние

соединяют недостающие электро-        электроны (окисляются) =>

ны (восстанавливаются) =>                    

   катод                                                 анод

Katⁿ⁺ + nē → Kat⁰                                       An^n‾ - nē → An⁰

Электролиз растворов солей

KatAn → Kat⁺ + An^‾

Катод: (вос-е)                                         Анод: (ок-е)

 

Kat+; Н+(Н2О)                                                                       An‾; ОН‾ (Н2О)

Возможные процессы:

Katⁿ⁺ + nē → Kat⁰                                       An^n‾ - nē → An⁰

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾                          2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

В первую очередь восстанавливаются       В первую очередь окисляются те                        

те частицы, потенциалы которых           частицы, потенциалы которых

больше, φ ^р _катода >                                  меньше,   φ ^р_анода  <

 

Газ (Н₂) плотно облепил катод и затру- Газ (O₂) плотно облепил анод и затру-

дняет разрядку последующих ионов,    дняет разрядку последующих ионов,

поэтому потенциал смещается в более поэтому потенциал смещается в более

отрицательную сторону на величину   положительную сторону на величину

перенапряжения этого газа, которое     перенапряжения этого газа, которое

вычитается.                                               прибавляется.

φ ^рн_2/2Н+ = – 0, 059 · рН - η ^Н2                        φ ^рО_2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059 · рН + η ^О2

^{Ме(К)                                                                                                               Ме(А)}

Выводы:

1. В растворе электролита, кроме Kat⁺ и An^‾ , есть вода, поэтому имеет место конкуренция.

2. Последовательность разряда ионов на электродах зависит от величины электродных потенциалов процесса, которые рассчитываются по уравнению Нернста:

φ ^рМеⁿ⁺/_Ме⁰ = φ ⁰ – 0, 059/n lg[Meⁿ⁺]

φ ^рн_2/2Н+ = – 0, 059 · рН - η ^Н2

^Ме(К)

φ ^рО_2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059 · рН + η ^О2

                                                                       ^Ме(А)

3. Особенности катодного процесса:

• ионы металлов, стоящих правее водорода в ряду напряжений (малоактивные металлы – Cu²⁺, Hg²⁺, Ag⁺, Au³⁺, Pt²⁺ и др. ) восстанавливаются легче водорода.

• ионы металлов средней активности, стоящих в ряду напряжений от марганца до водорода (Mn²⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, Fe²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺) восстанавливаются одновременно с водородом воды, что зависит от концентрации ионов металла.

• ионы активных металлов от алюминия и левее (Li⁺, Rb⁺, K⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺) не восстанавливаются, а идёт восстановление водорода из воды.

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾

 

  4. Особенности анодного процесса:

• если кислотный остаток не содержит кислорода, то он сам и окисляется  (Cl^‾ , Br^‾ , I^‾ , S^2-, CN‾ ).

• если кислотный остаток содержит кислород (SO₃^2-, NO₃^‾ , PO₄^3-, CO₃^2- F^‾ ), то кислотный остаток не окисляется, а окисляется кислород из воды

2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

 

5. С количественной стороны электролиз подчиняется закону Фарадея:

m = ^Э·I·τ ; где

                ^F

m – масса выделившегося на электроде вещества (г);

Э – химический эквивалент вещества (Э_Ме = Ar/валентность);

I – сила тока (А);

τ – время (сек. );

F – число Фарадея (96500 кл/г-эк)

 

 

Электролиз растворов электролитов с растворимым анодом

KatAn → Kat⁺ + An^‾

                 Катод: (вос-е)                                       Анод: (ок-е)

Kat+; Н+(Н2О)                                                                       An‾; ОН‾ (Н2О)

Возможные процессы:

Katⁿ⁺ + nē → Kat⁰                                       An^n‾ - nē → An⁰

2Н⁺ + 2ē → Н₂⁰                                           4ОН‾ - 4ē → О₂⁰ + 2Н₂О

Ме⁰ – nē → Meⁿ⁺

(растворимый анод)

Выводы:

1. В этом случае в качестве анода используется металл, который сам и окисляется на аноде, и затем восстанавливается на катоде.

2. Находит широкое применение для получения металлических покрытий (никелирование, хромирование и т. д. ), для очистки металла от примесей других металлов (получение электролитической меди).

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ: “ЭЛЕКТРОЛИЗ”

Задача № 1

Какие процессы происходят на электродах при электролизе раствора Na₂SO₄, рН = 7, электроды угольные.

Na₂SO₄ → 2 Na⁺ + SO₄^2‾

                    Катод – вос-е                             Анод – ок-ие

Na+; Н+(Н2О)                                                                       SO42‾; ОН‾ (Н2О)

Возможные процессы:

Na⁺ + ē → Na⁰                                          2SO₄^2‾ - 2ē → S₂O₈^2-

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾                        2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

φ ^р _Na⁺_/Na = - 2, 71 В (табл. А. 1)                  φ ^р 2SO₄^2-/S₂O₈^2- = + 2, 05В (табл. Б. 1)

φ ^р 2Н⁺/Н₂ = - 0, 059·рН - η ^Н2                                            φ ^рО_2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059 · рН + η ^О2

^{К(С)                                                                                                   А(С)}

η ^Н2 = 0 (табл. Г. 1)                                      η ^О2 = 1, 17

^{К(С)                                                                                                                  А(С)}

φ ^р 2Н⁺/Н₂ = - 0, 059·7 – 0 = - 0, 41В             φ ^рО_2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059·7+1, 17 = 1, 987В

φ ^р 2Н⁺/Н₂ > φ ^р _Na⁺_/Na=> выделяется            φ ^р 2SO₄^2-/S₂O₈² > φ ^рО_2/ОН‾ => окисляется

только водород из воды;                           только кислород из воды;

около катода ионы ОН‾ - среда               около анода ионы Н⁺ - среда кислая

щелочная

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾                           2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

Na₂SO₄ + 2 H₂O → 2H₂↑ + O₂↑ + Na₂SO₄

                               (K)     (A)

2 H₂O → 2H₂↑ + O₂↑

                                                            (K)     (A)

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: