Электролиз расплавов и растворов. Применение электролиза

Страницы работы

5 страниц (Word-файл)

Содержание работы

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВОВ И РАСТВОРОВ

Это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического  тока через растворы или расплавы электролитов.

Сущность электролизаосуществление химических реакций  за счет электрической энергии. Уравнения электрохимических реакций отражают те процессы, которые без помощи электрического тока протекать не могут.

Электролиз проводят в электролизере = электролитической ванне. В раствор или расплав электролита погружают 2 токопроводящих электрода, соединенных с источником электрического тока. Под действием источника тока на одном из электродов создается избыток электронов (отрицательный электрод), на другом – недостаток электронов (положительный электрод). В электрическом поле ионы, имеющиеся в растворе или расплаве в результате диссоциации электролита, приобретают направленное движение: катионы – к отрицательному катоду, анионы – к положительному аноду.

На отрицательномэлектроде происходит электрохимическое восстановление частиц, на положительном электродеокисление. Электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом; электрод, на котором происходит окисление, - анодом. Катод – самый сильный восстановитель. Он отдает электроны катионам. Анод – самый сильный окислитель. Он принимает электроны от анионов. Только путем электролиза, на аноде можно получить свободный фтор:

2F- - 2e- = F2

Электродами могут служить различные электропроводящие материалы.

*  Инертные = нерастворимые электроды в ходе электролиза остаются без изменений (не окисляются под действием электрического тока) – Pt, графит.

*  Растворимые электроды окисляются под действием электрического тока – Cu, Ni и др.

Электролиз расплавов

(На угольных электродах)

При электролизе расплавленной соли (а, б) или щелочи (в) с инертным анодом на катоде всегда восстанавливаются катионы металла (что имеет практическое значение), а на инертном аноде окисляются анионы кислотного остатка (а, б) или гидроксид-анионы (в).

а) электролиз расплава хлорида калия

расплав                          электролиз

    2KCl    ↔ 2K+ + 2Cl-   →     2K + Cl2

(катод)   K+ + 1e- = K        |2 - восстановление

(анод)    2Cl- - 2e- = Cl2↑   |1 – окисление б) электролиз расплава сульфата натрия

диссоциация соли в расплаве:

Na2SO4 ↔ 2Na+ + SO42-

Катод (-): Na+ + 1e- = Na                    |4

Анод (+): 2SO42- - 4e- = 2SO2 + O2    |1

------------------------------------------------                                   электролиз

4Na+ + 2SO42-     →     4Na + 2SO2 + O2

                              электролиз

или 2Na2SO4     →     4Na + 2SO2 + O2

в) электролиз расплава гидроксида натрия

расплав                                  электролиз

   4NaOH    ↔ 4Na+  + 4OH-      →   4Na + O2 + 2H2O

(катод)    Na+ + 1e- = Na                     |4

(анод)      4ОН – 4е = О2↑+ 2Н2О↑   | 1

Электролиз воды

2H2O   →  2H2↑+ O2

Проводится всегда в присутствии инертного электролита для увеличения электропроводности очень слабого электролита – воды. В зависимости от инертного электролита проводится в нейтральной, кислотной или щелочной среде.

А) в нейтральной среде. Инертный электролит – соль, например, K2SO4

(катод) 2О + 2е- = Н2 + 2ОН-  | 2

(анод)  2О - 4е- = О2 + 4Н+       | 1

4ОН- + 4Н+ = 4Н2О

Б) в кислотной среде. Инертный электролит – кислота, например, H2SO4

(катод)  + + 2е- = Н2                 | 2

(анод)   2О - 4е- = О2↑+ 4Н+       | 1

В) в щелочной среде. Инертный электролит – щелочь, например, KOH

(катод)   2О + 2е- = Н2↑+ 2ОН-  | 2

(анод)    4ОН- – 4е = О2↑+ 2Н2О↑   | 1

При выборе инертного электролита необходимо учитывать, что:

никогда не восстанавливаются на катоде в водном растворе катионы металлов – типичных восстановителей: Li+, K+, Cs+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+

никогда не окисляются на аноде анионы оксокислот с элементом в высшей степени окисления (ClO4-, SO42-, NO3-, PO43-, CO32-, SiO44-, MnO4-).

Электролиз растворов

Нужно учитывать, что в растворе присутствует (а значит, имеет возможность окисляться или восстанавливаться) не  только растворенное вещество, но и растворитель.

Протекание восстановительных процессов на катоде в водных растворах определяется с помощью ряда стандартных электродных потенциалов:

Почти полностью восстанавливаются на катоде катионы металлов, имеющие стандартный электродный потенциал больше, чем у катиона Н+: Е0 > 0  (от Cu2+  до Au3+):

Cu2+ + 2e- = Cu

Не восстанавливаются на катоде катионы металлов, имеющие низкий стандартный электродный потенциал: Е0 < - 1,18 В (Li+  - Al3+). Восстанавливается вода:

2О + 2е- = Н2 + 2ОН-

Восстанавливаются одновременно с водой катионы металлов, имеющие стандартный электродный потенциал, больший, чем у катионов Al3+, но меньший, чем у катиона Н+ (- 1,18 B < E0 < 0):

Cd2+ + 2e- = Cd;   2О + 2е- = Н2 + 2ОН-

(большая часть из всего количества электричества затрачивается, как правило, на восстановление ионов металла)

При наличии в растворе катионов разных металлов они восстанавливаются на катоде в порядке уменьшения их стандартных электродных потенциалов.

Протекание анодных процессов зависит от

  • Присутствия воды и характера аниона:

ü  Если присутствуют анионы бескислородных кислот и гидроксид-анионы, то окисляются эти анионы, например:

2I- - 2e- = I2               4OH- - 4e- = 2H2O + O2

ü  Если присутствуют анионы кислородсодержащих кислот и F-, окисляется вода с выделением кислорода

2H2O – 4e- = 4H+ + O2

  • Материала анода.

ü  Нерастворимые электроды – уголь, графит, Pt, Ir

Похожие материалы

Информация о работе