Разложения воды с выделением кислорода

Характеризуются очень высокими потенциалами. Вместо них идет процесс

Водных растворов, не участвуют в анодных процессах, поскольку

Кислородсодержащие анионы NO3-, SO42- и др. при электролизе разбавленных

Наименьшими электродными потенциалами.

На аноде в первую очередь идут те реакци, которые характеризуются

Наибольшим потенциалом.

Первую очередь пойдет процесс, который характеризуется

При наложении минимальной разности потенциалов к электродам в

ПРИМЕР. В водном растворе находятся катионы Сu²⁺, K⁺, Zn²⁺, среда нейтральная.

Конкурирующие процессы на катоде	Значения потенциалов с учетом перенапряжения электрода
Pt-электрод	Другие электроды (металлические или угольные)
Cu^2+ + 2e = Cu	+0,34	+0,34
K^+ + e = K	-2,93	-2,93
Zn^2+ + 2e = Zn	-0,76	-0,76
2H2O + 2e = H2 + 2OH^-	-0,41	(-0,8)¸(-1)

Если электролиз ведут с Pt-катодом, то при наложении минимальной разности потенциалов к электродам начнется процесс восстановления ионов меди, затем, по мере увеличения разности потенциалов, будет разлагаться вода. Катионы K⁺, Zn²⁺ восстанавливаться не будут.

Если катод из другого материала, то потенциал восстановления ионов водорода смещается в отрицательную область значений (см. ранее). Перенапряжение электрода при восстановлении катионов металлов минимальное, следовательно, реальные потенциалы близки к табличным. Ими и следует пользоваться. Тогда порядок разряда ионов будет следующим: медь – цинк- водород, а возможно и одновременное выделение цинка и водорода.

Ясно, что те металлы, у которых Е⁰ (Меⁿ⁺/Me) < -1 B, не будут разряжаться на катоде из водного раствора (только из расплавов).

Анодные процессы – процессы окисления, протекают на (+). Из водных растворов солей окисляться могут:

а) анионы соли (бескислородные), 2Cl^- - 2e = Cl₂, 2J^- - 2e = J₂, 2Br^- - 2e = Br₂;

б) ионы кислорода из воды или гидроксильных ионов, 2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺ (рН £ 7),

4ОН^- - 4е = О₂ + 2Н₂О (рН > 7);

в) материал анода.Различают аноды нерастворимые (инертные) – угольные и Pt-электроды, и

растворимые – металлические электроды, которые при окислении растворяются, например,

Cu – 2e = Cu²⁺.

Кислород на всех электродах, кроме Pt, выделяется с перенапряжением,

Е(О₂/2Н₂О) @ +1,8 В (в любой среде).

ПРИМЕР. Рассмотрим анодные процессы, протекающие при электролизе раствора NaCl, если анод

а) из Pt, б) угольный, в) цинковый (среда нейтральная).

А) Конкурирующие реакции: 2Cl^- - 2e = Cl₂, E⁰ = +1,36

2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺, E = +0,815 - будет выделяться кислород.

Б) Конкурирующие реакции: 2Cl^- - 2e = Cl₂, E⁰ = +1,36 – будет выделяться хлор

2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺, E = +1,8

В) Конкурирующие реакции: 2Cl^- - 2e = Cl₂, E⁰ = +1,36

2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺, Е = +1,8

Zn – 2e = Zn²⁺, E⁰ = -0,76 – будет растворяться электрод.

Метод электролитической очистки металлов.

ПРИМЕР. Рафинирование меди. (-) Cu ½ раствор СuSO₄½Cu (+)

Катод (-) – из очищнной меди.

Анод (+) – черновая медь, содержит примеси, например Zn, Ag, Au и др.

Электродные процессы: (-) Cu²⁺ + 2e = Cu, E ⁰ = +0,34 – чистая медь осаждается на катоде

2Н₂О + 2е = Н₂ + 2ОН^-, E = -1

(+) SO₄^2- - ионы не участвуют

2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺, Е = +1,8

Cu – 2e = Cu²⁺, E ⁰ = +0,34 - растворение анода (черновой меди).

Рассмотрите самостоятельно поведение примесных металлов в ходе электролиза.

Коррозия металлов

Коррозия – это процес разрушения (окисления) металлов под воздействием окружающей среды. Различают два основных вида коррозии – химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия – это процесс окисления металла без участия элктрического тока (процессы окисления при высоких температурах, в диэлектрических средах).

Электрохимическая коррозия – это окисление металлов при обычных температурах в токопроводящих средах за счет электрохимических процессов.

К электрохимической коррозии относятся электрокоррозия (электролиз блуждающими токами) и гальванокоррозия (образование гальванопар при контакте металлов различной активности).

ПРИМЕР. Два металла Cu и Zn находятся в контакте в атмосфере влажного воздуха.

Рис.29.

Запишем условно гальванопару (+) Cu ½H₂O, O₂, CO₂½Zn (-)

Электродные процессы: (-) Zn – 2e = Zn²⁺ - начало работы гальванопары.

Освободившиеся электроны переходят на медь и на поверхности меди могут протекать следующие конкурирующие реакции:

(+) а) 2H⁺ + 2e = H₂ (кислая среда образуется в результате

реакции СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃)

коррозия с водородной

б) 2Н₂О + 2е = Н₂ + 2ОН^- деполяризацией

в) О₂ + 4е + 2Н₂О = 4ОН^- – коррозия с кислородной деполяризацией

В литературе по коррозии термин деполяризатор означает – окислитель.

Выводы: 1) Из двух различных металлов, находящихся в контакте, корродирует более активный.

2) Коррозия цинка в контакте с медью идет значительно быстрее, чем коррозия чистого

цинка.

Методы защиты от коррозии.

Во-первых, различные защитные покрытия: смазки, краски, лаки, эмали, полимеры.

Во-вторых, электрохимические методы защиты – катодная защита и метод протекторов.

При катодной защите защищаемая деталь присоединяют к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, т.е. становится катодом (см. процессы электролиза). Электроны укрепляют кристаллическую решетку металла и он не разрушается в ходе электрохимических процессов.

Для любого металла протектором является более активный металл. Находясь в контакте с защищаемым металлом, протектор является отрицательным полюсом гальванопары и растворяется. Освобождающиеся электроны переходят в кристаллическую решетку защищаемого металла, укрепляют ее и расходуются на реакции, рассмотренные в разделе “Kоррозия металлов”.

Дата добавления: 2014-01-06