Практическое значение электролиза

Количественные законы электролиза.

В 30-х годах XIX века М. Фарадеем были установлены следующие количественные законы электролиза:

1. Масса, образующегося при электролизе вещества пропорциональна количеству прошедшего электричества.

Данный закон вытекает из сущности электролиза. Так как электролиз обеспечивается отдачей и принятием электронов, при котором происходит разложение и образование веществ, то его количество всегда будет пропорционально числу прошедших по цепи электронов.

2. При электролизе различных химических соединений равные количества электричества приводят к электрохимическому превращению эквивалентных количеств веществ.

Возникает естественный вопрос – почему при электролизе различных веществ, они выделяются в химически эквивалентных количествах. Это нетрудно понять, если рассмотреть электролиз с точки зрения электронной теории. Для примера рассмотрим электролиз хлорида меди(II). При выделении меди из раствора каждый ион меди получает от катода два электрона, и в то же время два хлорид-иона отдают электроны аноду, превращаясь в атомы хлора. Следовательно, число выделившихся атомов меди всегда будет вдвое меньше числа выделившихся атомов хлора, то есть массы меди и хлора будут относиться друг к другу, как их молярные массы эквивалентов.

Измерениями установлено, что количество электричества, обуславливающее электрохимическое превращение одной молярной массы эквивалентов вещества, равно 96485 кулонам.

Второй закон электролиза позволяет определить эквиваленты различных веществ.

Математическое выражение первого и второго законов электролиза имеет вид

m_B = (M_экв(В)∙I∙t)/F (10),

где I – сила тока, t – время в секундах, F – постоянная Фарадея (её округленно принимают равной 96500 К/моль), M_экв(В) – молярная масса электрохимических эквивалентов вещества В, m_B – масса разложившегося или образованного вещества.

Молярная масса электрохимических эквивалентов вещества рассчитывается как частное деления молярной массы вещества на число электронов, перемещаемых при окислении или восстановлении, то есть

M_экв(В) = M/n (11).

Например, при окислении воды

2Н₂О - 4е^- = О₂ + 4Н⁺ (12),

молярная масса эквивалента равна

M_экв(Н₂О) =18/2= 9 г/моль (13),

а при её восстановлении

2Н₂О + 2е^- Н₂ + 2ОН^- (14),

молярная масса эквивалента равна

M_экв(Н₂О) = 18/1 = 18 г/моль (15).

Электролиз применяется для решения следующих технических задач: извлечение металлов, очистка металлов, нанесение гальванических покрытий.

Извлечение металлов 1-й и 2-й групп периодической системы осуществляется с помощью электролиза из расплавленных галогенидов этих металлов. Например, натрий получают электролизом расплава хлорида натрия. Сведения о металлах, получаемые таким способом приведены в таблице 1.

Таблица 1

Электролитическое получение металлов

Металл	Сырьё	Электролит
Алюминий	Бокситная руда	Al2O3, растворенный в расплавленном криолите
Натрий	Каменная соль	NaCl
Магний	Доломит и морская вода	MgCl2
Цинк	ZnS – руда (цинковая обманка)	ZnSO4

Очистка металлов с помощью электролиза называется рафинирование. Рассмотрим данный процесс на примере меди. Для очистки меди используют два электрода, опущенных в раствор CuSO₄. На аноде находится неочищенная медь, на катоде – чистая медь. При электролизе на аноде протекает реакция

Cu(тв.) → Сu²⁺ (водн.) + 2е^- (16).

Примеси, высвобождаемые при электрохимическом растворении неочищенной меди на аноде, опускаются на дно электролизёра, образуя анодный ил. Переходящие в раствор ионы меди разряжаются на чистом медном катоде

Cu²⁺(водн.) → Cu (тв) + 2е^- (17).

Нанесение гальванических покрытий осуществляется на катоде, за счёт так называемого электроосаждения. Катод погружают в электролит, который содержит ионы электроосаждаемого металла. В качестве анода используется пластина, либо стержень из того металла, которым наносят покрытие (например, хром, никель).

Для нанесения покрытий также применяют анодирование. Анодирование – процесс покрытия алюминиевых предметов оксидом алюминия. В данном процессе покрываемый предмет является анодом, а в качестве электролита используется разбавленная серная кислота H₂SO₄.

Дата добавления: 2014-01-04