Электролиз растворов и расплавов солей (на примере хлорида натрия).Практическое значение электролиза. Совокупность химических реакций, которые протекают на электродах в растворахили расплавах при пропускании через них электрического тока, называетсяэлектролизом. Указанную совокупность реакций принято подразделять на первичные и вторичные процессы. Первичные процессы — окислительно-восстановительныереакции, протекающие на электродах и ведущие, как правило, к образованиюэлектрически нейтральных активных молекулярных или атомных частиц. Вторичныепроцессы — реакции взаимодействия активных частиц, образовавшихся в первичныхпроцессах, со средой. Например, при электролизе раствора сульфата натрияпротекают следующие электродные реакции:Первичные реакции Вторичные реакции Приведенная совокупность химических реакций может быть представленасуммарным процессом: Из этого примера видно, что при электролизе, как и при работе химическогоисточника тока, на аноде происходят процессы окисления, а на катоде —восстановления. При этом анод заряжен положительно (+), а катод —отрицательно (—). Отметим, что при работе химического источника тока,напротив, анод заряжается отрицательно, а катод — положительно, поскольку вэтом случае протекают процессы, обратные электролизу.При электролизе как на аноде, так и на катоде могут происходить конкурирующиепроцессы. При проведении электролиза с использованием инертного (нерасходуемого) анода (например, графита), как правило, конкурирующими являются дваокислительных и два 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 являютсяследующие: 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 следует исходитьиз положения, что будет протекать та реакция, для которой требуетсянаименьшая затрата энергии. Кроме того, для выбора наиболее вероятногопроцесса на аноде и катоде при электролизе растворов солей с нерасходуемымэлектродом используют следующие правила.1. На аноде могут образовываться следующие продукты: а) при окислении анионов выделяется кислород; б) при окислении анионов выделяются соответственно хлор, бром, иод; в) при окислении анконов органическихкислот происходит процесс: 2. Если конкурирующими процессами на катоде является восстановление катионов(металл стоит в электрохимическом ряду напряжений металлов левее водорода) иионов водорода, то при этом выделяется водород.В тех случаях, когда в процессе электролиза используется активный(расходуемый) анод, то последний будет окисляться в ходе электролиза ипереходить в раствор в виде катионов. Энергия электрического тока при этомрасходуется ка перенос металла с анода на катод. Данный процесс широкоиспользуется при рафинировании (очистка) металлов. Так, на этом принципеосновано, в частности, получение чистой меди из загрязненной. В раствормедного купороса погружают пластины из очищенной и неочищенной меди.Пластины соединяют с источником постоянного тока таким образом, чтобы перваяиз них (очищенная медь) была отрицательным электродом (катод), а вторая —положительным (анод). В результате пластина из неочищенной меди растворяетсяи ионы меди из раствора осаждаются на катоде. При этом примесь остается врастворе или оседает на дно ванны. Этот же принцип используется для защитыметаллов от коррозии путем нанесения на защищаемое изделие тонких слоевхрома или никеля.Для получения высокоактивных металлов (натрия, алюминия, магния, кальция идр.), легко вступающих во взаимодействие с водой, применяют электролизрасплава солей: Зависимость количества вещества, образовавшегося под действием электрическоготока, от времени, силы тока и природы электролита может быть установлена наосновании обобщенного закона Фа-радея: где m — масса образовавшегося при электролизе i-вещества (г); Э —эквивалентная масса i-вещества (г/моль); М — молярная масса i-вещества(г/моль); n — заряд i-иона; I — сила тока (A); t — продолжительностьпроцесса; F — константа Фарадея, характеризующая количество электричества,необходимое для выделения 1 эквивалентной массы вещества (F = 96 500 К =26,8 А•ч).
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав!Последнее добавление
Вторичные реакции 
Приведенная совокупность химических реакций может быть представленасуммарным процессом: 
Из этого примера видно, что при электролизе, как и при работе химическогоисточника тока, на аноде происходят процессы окисления, а на катоде —восстановления. При этом анод заряжен положительно (+), а катод —отрицательно (—). Отметим, что при работе химического источника тока,напротив, анод заряжается отрицательно, а катод — положительно, поскольку вэтом случае протекают процессы, обратные электролизу.При электролизе как на аноде, так и на катоде могут происходить конкурирующиепроцессы. При проведении электролиза с использованием инертного (нерасходуемого) анода (например, графита), как правило, конкурирующими являются дваокислительных и два 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 являютсяследующие: 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 следует исходитьиз положения, что будет протекать та реакция, для которой требуетсянаименьшая затрата энергии. Кроме того, для выбора наиболее вероятногопроцесса на аноде и катоде при электролизе растворов солей с нерасходуемымэлектродом используют следующие правила.1. На аноде могут образовываться следующие продукты: а) при окислении анионов 
выделяется кислород; б) при окислении анионов 
выделяются соответственно хлор, бром, иод; в) при окислении анконов органическихкислот происходит процесс: 
2. Если конкурирующими процессами на катоде является восстановление катионов(металл стоит в электрохимическом ряду напряжений металлов левее водорода) иионов водорода, то при этом выделяется водород.В тех случаях, когда в процессе электролиза используется активный(расходуемый) анод, то последний будет окисляться в ходе электролиза ипереходить в раствор в виде катионов. Энергия электрического тока при этомрасходуется ка перенос металла с анода на катод. Данный процесс широкоиспользуется при рафинировании (очистка) металлов. Так, на этом принципеосновано, в частности, получение чистой меди из загрязненной. В раствормедного купороса погружают пластины из очищенной и неочищенной меди.Пластины соединяют с источником постоянного тока таким образом, чтобы перваяиз них (очищенная медь) была отрицательным электродом (катод), а вторая —положительным (анод). В результате пластина из неочищенной меди растворяетсяи ионы меди из раствора осаждаются на катоде. При этом примесь остается врастворе или оседает на дно ванны. Этот же принцип используется для защитыметаллов от коррозии путем нанесения на защищаемое изделие тонких слоевхрома или никеля.Для получения высокоактивных металлов (натрия, алюминия, магния, кальция идр.), легко вступающих во взаимодействие с водой, применяют электролизрасплава солей: 
Зависимость количества вещества, образовавшегося под действием электрическоготока, от времени, силы тока и природы электролита может быть установлена наосновании обобщенного закона Фа-радея: 
где m — масса образовавшегося при электролизе i-вещества (г); Э —эквивалентная масса i-вещества (г/моль); М — молярная масса i-вещества(г/моль); n — заряд i-иона; I — сила тока (A); t — продолжительностьпроцесса; F — константа Фарадея, характеризующая количество электричества,необходимое для выделения 1 эквивалентной массы вещества (F = 96 500 К =26,8 А•ч).