Билет №12 (углубленно)

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).

Дата добавления: 2015-04-24