Современная химия




Электролиз

электролиз

Совокупность ОВР , которые протекают на электродах в растворах или расплавах электролитов при пропускании через них электрического тока, называют электролизом.

На катоде источника тока происходит процесс передачи электронов катионам из раствора или расплава, поэтому катод является «восстановителем». На аноде происходит отдача электронов анионами, поэтому анод является «окислителем».

При электролизе как на аноде, так и на катоде могут происходить конкурирующие процессы.

При проведении электролиза с использованием инертного (нерасходуемого) анода (например, графита или платины), как правило, конкурирующими являются два окислительных и восстановительных процесса:

на аноде — окисление анионов и гидроксид-ионов, на катоде — восстановление катионов и ионов водорода.

При проведении электролиза с использованием активного (расходуемого) анода процесс усложняется и конкурирующими
реакциями на электродах являются следующие:

на аноде — окисление анионов и гидроксид-ионов, анодное растворение металла — материала анода;

на катоде — восстановление катиона соли и ионов водорода, восстановление катионов металла, полученных при растворении
анода.

При выборе наиболее вероятного процесса на аноде и катоде исходят из положения, что протекает та реакция, которая требует наименьшей затраты энергии. При электролизе растворов солей с инертным электродом используют следующие правила.

1. На аноде могут образовываться следующие продукты:

а) при электролизе растворов, содержащих анионы F-, SО42 - , NO3-, РO43-, ОН - выделяется кислород;

б) при окислении галогенид-ионов выделяются свободные галогены ;

в) при окислении анионов органических кислот происходит процесс:

2RCOO - - 2е → R-R + 2СО2.

2. При электролизе растворов солей , содержащих ионы , расположенные в ряду напряжений левее Аl3+, на катоде выделяется водород; если ион расположен правее водорода, то выделяется металл.

3. При электролизе растворов солей, содержащих ионы, расположенные между Аl3+ и Н+ на катоде могут протекать конкурирующие процессы как восстановления катионов, так и выделения водорода.

Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора хлорида меди на инертных электродах. В растворе находятся ионы Cu2+ и Cl-, которые под действием электрического тока направляются к соответствующим электродам:

<>

CuCl2

(-) Катод ← Cu2+

+

2Cl - → Анод (+)

Cu2+ + 2e = Cu0

2Cl - - 2e = Cl2

На катоде выделяется металлическая медь , на аноде — газообразный хлор.

Если в рассмотренном примере электролиза раствора СuCl2 в качестве анода взять медную пластинку, то на катоде выделяется медь, а на аноде, где происходят процессы окисления, вместо разрядки ионов Сl и выделения хлора протекает окисление анода (меди). В этом случае происходит растворение самого анода, и в виде ионов Сu2+ он переходит в раствор. Электролиз СuCl2 с растворимым анодом можно записать так:

CuCl2

(-) Катод ← Cu2+

+

2Cl - → Анод (+)

Cu2+ + 2e = Cu0

2Cu - - 2e = Cu2+

Таким образом, электролиз растворов солей с растворимым анодом сводится к окислению материала анода (его растворению) и сопровождается переносом металла с анода на катод. Это свой­ство широко используется при рафинировании (очистке) металлов от загрязнений.

Для получения высокоактивных металлов (калия, алюминия и др.), легко вступающих во взаимодействие с водой, применяют электролиз расплава солей или оксидов, например

<>

Al2O3

расплав

(-) катод ← 2Al3+

+

2Cl - → анод (+) (С – графит)

2Al3+ + 6e = 2Al0

3O2 - - 6e = 3/2O2

2C + O2 = 2CO

2CO + O2 = 2CO2

При электролизе водного раствора соли активного металла кислородсодержащей кислоты (например, КNО3) ни катионы металла, ни ионы кислотного остатка не разряжаются. На катоде выделяется водород, а на аноде — кислород, и электролиз раствора нитрата калия сводится к электролитическому разложению воды.

Отметим, что электролиз растворов электролитов проводить энергетически выгоднее, чем расплавов, так как электролиты плавятся при очень высоких температурах.

Зависимость количества вещества, образовавшегося при электролизе, от времени и силы тока описывается обобщенным законом Фарадея:

m = (Э / F) • I • t = (М / (n • F)) • I • t,

где m — масса образовавшегося при электролизе вещества (г); Э — эквивалентная масса вещества (г/моль); М — молярная масса вещества (г/моль); n — количество отдаваемых или принимаем электронов; I — сила тока (А); t — продолжительность процесса (с); F — константа Фарадея, характеризующая количество электричества, необходимое для выделения 1 эквивалентной массы вещества (F= 96500 Кл/ моль = 26,8 А• ч / моль).

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Новинки полимеров:

ТЕХНОЛОГИЯ УСИЛЕНИЯ ЗДАНИЙ УГЛЕВОЛОКНИСТЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

News image

Углеродные волокна (УВ) – органический материал, содержащий 92 - 99,99 % углерода. Углеродные волокна получают путем ступенчатой термообработки разл...

НОВИНКИ KNAUF НА MOSBUILD 2010

News image

Продукты и технологии КНАУФ будут представлены в ЦВК «Экспоцентр» на Красной Пресне сразу на двух площадках: основном стенде в павильоне «Форум» и в...

ЛЕГКОФОРМУЕМЫЕ ПОЛИЛАКТИДЫ

News image

Данный компаунд позволяет обеспечить значительное сокращение продолжительности цикла литья (примерно наполовину) по сравнению с обычными полилактидн...

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОФ ПЛЕНОК

News image

Интересно отметить, что в связи с тем, что эффект «пленочной глазури» улучшает внешний вид товара и защищает от пыли, ПОФ-пленки используют для упак...

Новые продукты оргсинтеза:

АСПАРТАМ (E-951): мнимая и реальная опасность

News image

FDA официально объявил генетически модифицированный нейротоксин - аспартам, широко известный как Nutrasweet, искусственным подсластителем . Аспартам (E-951) не просто генетически модифицированно...

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛУЗГИ РИСА В ПРОИЗВОДСТВЕ КРЕМНИЯ

News image

Несмотря на то, что кремний использовался первобытным человеком ещё 600 тысяч лет назад в виде каменных орудий труда, возможности этого элемента и его соединений раскрывались в течение столетий чрез...

ПИЩЕВЫЕ КРАСИТЕЛИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ

News image

Всего в России производством пищевых красителей занимаются 5 предприятий. Это – ЭкоКолор, Гиород, Экоресурс, Тереза-Интер, Биолайн. 1. ЭКОКОЛОР Выпускают пищевые красители следующих видов: • Анна...

Авторизация



YOU ARE HERE: Главная - Теоретические основы химии - Электролиз

Великие химики:

МЕНДЕЛЕЕВ, Дмитрий Иванович

News image

Русский химик Дмитрий Иванович Менделеев родился в Тобольске в семье директора гимназии. Во время обучения в гимназии Менделеев имел весьма посредст...

ДЖИОК (Giauque), Уильям Фрэнсис

News image

Американский химик Уильям Фрэнсис Джиок родился в г. Ниагара-Фоле, штат Онтарио, Канада, и был старшим из трех сыновей Изабеллы Джейн Джиок (в девич...

Институты химии:

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

News image

История Института начинается за много лет до его формального рождения в 1945 году, когда он получил название «Институт физической химии». Фактически...

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

News image

Институт высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) был основан в конце 1957 г. на базе лаборатории электрохимии расплавленных солей Уральского филиала...