На аноде

На катоде

ü в первую очередь восстанавливаются наиболее сильные окислители, т.е. идет реакция с более + Е

ü если разница потенциалов частиц в приэлектродном слое меньше 1В, возможны два и более процесса.

При электролизе окислители делятся на три группы:

Потенциал водорода зависит от рН (уравнение Нернста)

Правила анодного окисления

ü в первую очередь окисляются наиболее сильные восстановители, т.е. идет реакция, потенциал которой наименьший

ü если разница потенциалов частиц в приэлектродном слое меньше 1В, возможны два и более процесса.

Ионы SO₄^2-, NO₃^-, NO₂^-, CO₃^2-, PO₄^3- (анионы кислородсодержащих кислот) в водных растворах на аноде не окисляются.

Задача 4.

Электролиз раствора Na₂SO₄, электроды Pt – инертные (не активные)

Решение

Ионный состав раствора:

Na₂SO₄ ® 2Na⁺_(р) + SO₄^2-_(р) т.к. гидролиза нет рН = 7

Н₂О_ж Н⁺_(р) + ОН^-_(р)

- К Na⁺_(р), Н⁺_(р)

Е⁰ _Na+/Na=-2,7В, ЕН+/Н₂= -0,059рН= -0,413В

+А SO₄^2-_(р), ОН^-_(р)

, EО₂ /OH^-=1,227-0,059pH=0,814 B

2,1

[- K]: 2Н⁺ + 2е → Н₂↑

[+A]: 4ОН^- → О₂ ↑ + 2Н₂О + 4е 0,81

Sр-ция: 2Н₂О ® 2Н₂ + О₂ U_min

-0,41

-2,7

Задача 5.

Электролиз Н₂О (электроды Pt – инертные, сам металл не окисляется)

Решение.

Н₂О_ж Н⁺_р + ОН^-_р рН = 7

(-) К: 2Н⁺_р + 2е ® Н₂

(+)А: 4ОН^-_р ® О₂ + 2Н₂О+4е

2Н₂О_ж ® 2Н₂ + О₂

ЕН+/Н₂ = -0,059рН = -0,414 В ЕО₂/ОН- =1,23 – 0,059рН = 1.23 – 0,414 = 0,816 В

Е, В

0,816

U_min

-0,414

U_min = ЕО₂/ОН- - ЕН+/Н₂ =1,23 В. Под током потенциалы изменяютcя – поляризация:

Поляризационные кривые при электролизе

U - напряжение, которое необходимо подать на электроды от внешнего источника постоянного тока;

DЕ_ом = r ^.I - омическое падение напряжения на внутреннем сопротивлении электрохимической цепи (r)

U – можно снизить:

1) уменьшить r_внутр.: уменьшить расстояние между электродами, применяя добавки повышающие эл/проводность электролита;

2) уменьшить поляризацию: увеличить S_{электродов} – сделать более пористой, перемешивать, уменьшить силу тока, увеличить Т.

Если при электролизе на электродах протекает не один, а несколько процессов, то доля общего количества электричества (в%), расходуемая на превращение одного из веществ, называется выходом по току этого вещества (В_i)

q_i – кол-во электричества, пошедшее на превращение i вещества

q – общее кол-во электричества, прошедшее через электрод

Задача 6.

Рассмотреть электролиз раствора Na₂SO₄ на растворимых Ni-электродах. Напишите уравнения процессов электролиза.Покажите ход поляризационных кривых. Рассчитайте массы и объемы выделившихся газов (приведенные к н.у.), которые образуются на электродах за 0,2 часа при токе 5А. В _i (О₂)=60%.

Решение.

Ионный состав раствора:

Na₂SO_{4 ж} → 2Na⁺_p + SO₄^2-_p

Н₂О_ж ↔ Н⁺_р + ОН^-_р

(соль образована сильным основанием и сильной кислотой, нет гидролиза)

рН = 7

Равновесные потенциалы возможных электродных процессов:

[- K]: Е⁰_{Na+/ Na} = - 2,9В Е^рН+/Н₂ = -0,059рН = -0,41В

[+A]: SO₄^2- - не окисляется, Е^рО₂/ОН- =1,23-0,059рН=0,82В

Е⁰_Ni^2+/ _Ni = - 0,025В Þ ∆E < 1 Þ два процесса

[- K]: 2Н⁺ + 2е → Н₂↑ 100%

[+A]: 4ОН^- → О₂ ↑ + 2Н₂О + 4е 60%

Ni⁰ → Ni²⁺ + 2e 40%

По закону Фарадея

г

г

При н.у. V⁰_m = 22,4 л/моль, , моль/л

л

л

Задача 7

Написать электродные процессы электролиза водного раствора CuCl₂ на С_гр электродах. Показать ход поляризационных кривых. Рассчитать массу меди, образовавшейся на катоде, если за это же время на аноде выделилось 5,6 мл Cl₂ и 5,6 мл O₂. Определить выход по току Cl₂ и О₂.

Решение.

Ионный состав раствора:

CuCl₂ → Cu²⁺ + 2Cl^- H₂O H⁺ + OH^-.

слабое сильная Þ рН» 5

основание кислота

- К Cu²⁺, H⁺

B, B, > , Þ восстановление Сu²⁺

+ А 2Cl^- , OH^-

В, В,

∆ Е = - < 1 В Þ из-за поляризации при больших плотностях тока потенциалы процессов выделения кислорода и хлора достаточно близки Þ будет окисление ОН^- и Cl^–

- K: Cu²⁺ + 2 → Cu

+A: 4ОН^- → O₂ + 2H₂О + 4

2Cl^- → Cl₂ + 2 .

Поляризационные кривые CuCl₂ на С (графитовых) электродах

Масса меди, образовавшаяся на катоде: q_K = q_A q_A = q_O2 + q_Cl2

Обьем моль эквивалентов газов при н.у.:

,

По закону Фарадея:

5,6 л/моль О₂ - 96500 А×с q_О2 = 96,5 А×с

5,6×10^-3л О₂ - q_О2

11,2 л/моль Cl₂ – 96500 А×с q_Cl2 = 48,25 A×c

5,6×10^-3моль Cl₂ - q_Cl2

выход по току:

=66%, =34 %.

Задача 8.

Как изменится процесс электролиза водного раствора CuCl₂ при замене электродов C на Cu.

Решение.

Ионный состав раствора – без изменения

на катоде: тот же процесс: Cu²⁺ + 2 → Cu

на аноде: В,

В,

материала анода - В.

< и < Þ на аноде в первую очередь - окисление Cu- электрода.

-K: Cu²⁺ + 2 → Cu

+A: Cu → Cu²⁺ + 2 .

При больших напряжениях U электролизера могут быть достигнуты , и

Поляризационные кривые

Применение электролиза

Металлургия

Гальванотехника

ЭХОМ

Размерная обработка

Анодирование

Химическая промышленность

1. Гальванотехника включает гальваностегию и гальванопластику.

А) Гальваностегия – нанесение металлических покрытий на поверхность изделия путем электролиза. Электролит – водный раствор соли металла, который наносят.

	- K		+A

Гальваническая ванна

Назначение гальванических покрытий:

· Защита от коррозии

· Защитно-декоративное

· Повышение электропроводности

· Повышение твердости и износостойкости

· Получение магнитных пленок

· Уменьшение коэффициента трения

· Улучшение способности к пайке

· Улучшение отражательной способности поверхности

В) Гальванопластика – получение тонкостенных изделий сложной формы путем электролиза (в приборостроении на основу наносят металл малой толщины путем электролиза, а затем химически растворяют основу - алюминиевые конденсаторы)

К: Аl³⁺+3e =Al

Задача 9.

Рассчитайте толщину никелевого покрытия на стальном изделии поверхностью 1 м² и изменение толщины Ni анода поверхностью 1 м² при э/х никелировании в течение 1 ч из водного раствора на основе NiSO₄, если катодная плотность тока – 100 А/м², а анодная – 50 А/м². Выход по току Ni на катоде – 0,8, а на аноде – 0,9. Плотность Ni ρ=8,9 г/см³. (Гидролизом пренебречь, рН=7).

Решение.

Сравнивая значения электродных потенциалов, записываем последовательность возможных электродных процессов:

[- K]: Ni²⁺ + 2e → Ni

2Н⁺ + 2е → Н₂↑

[+A, Ni]: Ni → Ni²⁺ + 2e

4ОН^- → О₂ ↑ + 2Н₂О + 4е

По закону Фарадея на катоде:

Толщина Ni покрытия на изделии: (9,84 мкм)

Масса растворившегося никелевого анода:

Изменение толщины Ni анода: =5,5 мкм

Дата добавления: 2014-11-18