Меню

В расплаве электролита под действием электрического тока

Электролизом называются реакции в растворах или расплавах электролитов, происходящие под действием электрического тока

date image2015-04-06
views image1395

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

В расплавах или растворах происходит диссоциация электролита. Катионы смещаются к катоду, анионы — к аноду.

Электролиз расплавов. На катоде происходит восстановление катионов, на аноде — окисление анионов.

Электролиз расплава хлорида натрия. На катоде восстанавливаются катионы Na + и выделяется металлический натрий, на аноде окисляются хло­рид-ионы и выделяется хлор:

Электролиз водных растворов. В процессах на като­де и аноде могут участвовать не только ионы электролита, но и молекулы воды.

Будут ли на катоде восстанавливаться катионы металла или молекулы воды, зависит от положения металла в ряду напряжений металлов.

Если металл находится в ряду напряжений правее водорода, на катоде восстанавливаются катионы металла; если металл находится в ряду напряжений левее водорода, на катоде восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород. Наконец, в случае катионов металлов от цинка до свинца может происходить либо выделение металла, либо выделение водорода, в зависимости от концентрации раствора и других условий.

На аноде также может происходить либо окисление анионов электролита, либо окисление молекул воды. При электролизе солей бескислородных кислот или са­мих кислот на аноде окисляются анионы (кроме F – .) В случае кислородсодержащих кислот на аноде окисляют­ся молекулы воды и выделяется кислород.

Электролиз раствора хлорида натрия. На катоде восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород, а на аноде окисляются хлорид-ионы и вы­деляется хлор:

Электролиз раствора нитрата серебра. На катоде восстанавливаются катионы Ag + и выделяется серебро, на аноде окисляются молекулы воды и вы­деляется кислород:

Применение. Электролиз расплавов используют для получения фтора, активных металлов (натрий, калий, магний, кальций, алюминий). Электролиз растворов ис­пользуют для получения хлора, щелочей, очистки ме­таллов (электрорафинирование).

Источник



Электролиз расплавов и растворов

Теория к заданию 22 из ЕГЭ по химии

Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей)

Если в раствор или расплав электролита опустить электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться направленно: катионы к катоду (отрицательно заряженному электроду), анионы к аноду (положительно заряженному электроду).

На катоде катионы принимают электроны и восстанавливаются, на аноде анионы отдают электроны и окисляются. Этот процесс называют электролизом.

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

Электролиз расплавленных солей

Рассмотрим процесс электролиза расплава хлорида натрия. В расплаве идет процесс термической диссоциации:

Под действием электрического тока катионы $Na^<+>$ движутся к катоду и принимают от него электроны:

Анионы $Cl^<->$ движутся к аноду и отдают электроны:

Суммарное уравнение процессов:

На катоде образуется металлический натрий, на аноде — газообразный хлор.

Главное, что вы должны помнить: в процессе электролиза за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая самопроизвольно идти не может.

Электролиз водных растворов электролитов

Более сложный случай — электролиз растворов электролитов.

В растворе соли, кроме ионов металла и кислотного остатка, присутствуют молекулы воды. Поэтому при рассмотрении процессов на электродах необходимо учитывать их участие в электролизе.

Для определения продуктов электролиза водных растворов электролитов существуют следующие правила:

1. Процесс на катоде зависит не от материала, из которого сделан катод, а от положения металла (катиона электролита) в электрохимическом ряду напряжений, при этом если:

1.1. Катион электролита расположен в ряду напряжений в начале ряда по $Al$ включительно, то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется водород $Н_2↑$). Катионы металла не восстанавливаются, они остаются в растворе.

1.2. Катион электролита находится в ряду напряжений между алюминием и водородом, то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды.

1.3. Катион электролита находится в ряду напряжений после водорода, то на катоде восстанавливаются катионы металла.

1.4. В растворе содержатся катионы разных металлов, то сначала восстанавливается катион металла, стоящий в ряду напряжений правее.

Катодные процессы

$Li K Ca Na Mg Al$
$Li^ <+>K^ <+>Ca^ <2+>Na^ <+>Mg^ <2+>Al^<3+>$
$Mn Zn Fe Ni Sn Pb$
$Mn^ <2+>Zn^ <2+>Fe^ <2+>Ni^ <2+>Sn^ <2+>Pb^<2+>$
$H_2$
$2H^<+>$
$Cu Hg Ag Pt Au$
$Cu^ <2+>Hg_2^ <2+>Ag^ <+>Pt^ <2+>Au^<3+>$
Восстанавливается вода:
$2H_2O+2ē=H_2↑+2OH^<−>;$
$M^$ не восстанавливается
Восстанавливаются катионы металла и вода: $M^+nē=M^0$
$2H_2O+2ē=H_2↑+2OH^<−>$
Восстанавливаются катионы металла: $M^+nē=M^0$
$nē→$
Усиление окислительных свойств катионов (способности принимать электроны)

2. Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона.

Анодные процессы

Кислотный остаток $Ас^$ Анод
Растворимый Нерастворимый
Бескислородный Окисление металла анода
$M^<−>−nē=M^$
анод раствор
Окисление аниона (кроме $F^<–>$)
$Ac^−mē=Ac^0$
Кислородсодержащий В кислотной и нейтральной средах:
$2H_2O−4ē=O_2↑+4H^<+>$
В щелочной среде:
$4OH^<−>−4ē=O_2↑+4H^<+>$

2.1. Если анод растворяется (железо, цинк, медь, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то окисляется металл анода, несмотря на природу аниона.

2.2. Если анод не растворяется (его называют инертным — графит, золото, платина), то:

а) при электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисления аниона;

б) при электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде идет процесс окисления воды (выделяется $О_2↑$). Анионы не окисляются, они остаются в растворе;

в) анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:

Попробуем применить эти правила в конкретных ситуациях.

Рассмотрим электролиз раствора хлорида натрия в случае, если анод нерастворимый и если анод растворимый.

1) Анод нерастворимый (например, графитовый).

В растворе идет процесс электролитической диссоциации:

Учитывая присутствие ионов $Na^<+>$ в растворе, составляем молекулярное уравнение:

2) Анод растворимый (например, медный):

Если анод растворимый, то металл анода будет окисляться:

Катионы $Cu^<2+>$ в ряду напряжений стоят после ($Н^<+>$), по этому они и будут восстанавливаться на катоде.

Концентрация $NaCl$ в растворе не меняется.

Рассмотрим электролиз раствора сульфата меди (II) на нерастворимом аноде:

Суммарное ионное уравнение:

Суммарное молекулярное уравнение с учетом присутствия анионов $SO_4^<2->$ в растворе:

Рассмотрим электролиз раствора гидроксида калия на нерастворимом аноде:

Суммарное ионное уравнение:

Суммарное молекулярное уравнение:

В данном случае, оказывается, идет только электролиз воды. Аналогичный результат получим и в случае электролиза растворов $H_2SO_4, NaNO_3, K_2SO_4$ и др.

Электролиз расплавов и растворов веществ широко используется в промышленности:

  1. Для получения металлов (алюминий, магний, натрий, кадмий получают только электролизом).
  2. Для получения водорода, галогенов, щелочей.
  3. Для очистки металлов — рафинирования (очистку меди, никеля, свинца проводят электрохимическим методом).
  4. Для защиты металлов от коррозии (хрома, никеля, меди, серебра, золота) — гальваностегия.
  5. Для получения металлических копий, пластинок — гальванопластика.

Источник

Электролиз

Если в раствор или расплав электролита опустить электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы электролита будут двигаться к электродам: катионы к катоду (отрицательно заряженному электроду), анионы к аноду (положительно заряженному электроду).

На катоде катионы принимают электроны и восстанавливаются. На аноде анионы отдают электроны и окисляются.

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

В теоретическом плане простейшим примером электролиза является электролиз расплавов.

Рассмотрим процесс электролиза расплава NaCl.

Под действием электрического поля катионы Na + движутся к катоду и принимают от него электроны:

Na + + ē = Na 0 — процесс восстановления.

Анионы Cl — движутся к аноду и отдают электроны:

2Cl — — 2ē = Cl2 0 — процесс окисления.

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

На катоде выделяется металлический натрий, на аноде — газообразный хлор.

Эта реакция является окислительно-восстановительной; на катоде всегда идет процесс восстановления, на аноде всегда идет процесс окисления.

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

Сущность электролиза состоит в том, что за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самопроизвольно.

Электролиз расплавов и электролиз растворов отличаются друг от друга.

В растворе соли кроме ионов металла и кислотного остатка присутствуют молекулы воды и ионы Н + , ОН — ­­ – продукты диссоциации Н2О. Поэтому при рассмотрении реакций на электродах необходимо учитывать возможность участия молекул Н2О в электролизе.

Для определения результатов электролиза водных растворов существуют следующие правила:

Процесс на катоде не зависит от материала катода, а зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжений:

  1. Если катион электролита находится в начале ряда напряжений (по Al включительно), то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется Н2↑). Катионы металла не восстанавливаются, остаются в растворе.
  2. Если катион электролита находится в ряду напряжений между алюминием и водородом, то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды.
  3. Если катион электролита находится в ряду напряжений после водорода, то на катоде идет только процесс восстановления ионов металла.
  4. Если в растворе находится смесь катионов разных металлов, то первыми восстанавливаются катионы того металла, который имеет наибольшее алгебраическое значение электродного потенциала.

Рассмотренные правила сведены в таблицу:

Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона:

  1. Если анод растворимый (железо, медь, цинк, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то независимо от природы аниона всегда идет окисление металла анода.
  2. Если анод нерастворимый, т. е. инертный (уголь, графит, платина, золото), то:

а) при электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисления аниона;

б) при электролизе растворов солей оксокислот и фторидов на аноде идет процесс окисления воды (выделяется кислород); анион не окисляется, остается в растворе. При электролизе растворов щелочей идет окисление гидроксид-ионов.

Рассмотренные правила сведены в таблицу. Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

Электролиз широко используют для выделения и очистки металлов, получения щелочей, хлора, водорода. Алюминий, магний, натрий, кадмий получают только электролизом. Очистку меди, никеля, свинца проводят целиком электрохимическим методом. Важной отраслью применения электролиза является защита металлов от коррозии; при этом электрохимическим методом на поверхность металлических изделий наносится тонкий слой другого металла (хрома, серебра, меди, никеля, золота), устойчивого к коррозии.

Источник

Электролиз растворов и расплавов электролитов

Разделы: Химия

Цель урока: изучение механизма электролиза как окислительно-восстановительного процесса, происходящего в системе водных растворов и расплавов под действием электрического тока.

Задачи урока:

  • сформировать основные понятия: электролиз, катод, анод, катион, анион, гальванический элемент;
  • раскрыть механизм реакции, происходящих на катоде и аноде в водном растворе и расплаве;
  • рассмотреть промышленное значение электролиза;
  • продолжить формирование: основных компетентностей (информационной, коммуникативной, компетенции решения проблем) учащихся, критичности мышления, умения защитить свою точку зрения при решении общей проблемы, умения работать в группе и индивидуально;
  • воспитывать трудолюбие и уважение.

Технологии, используемые на уроке: ИКТ, здоровьесберегающие, интерактивная.

Методы: словесно-наглядные (с применением презентации), работа в дифференцированных группах, практический, поисковый.

Психологическая пауза – мудра «Лестница небесного храма» (улучшение настроения, избавляет от состояния апатии, придает уверенность в свои силы).

Цель и задачи урока: (определяется учащимися)

При взаимодействий вещества с водой, происходит его растворение, диссоциация. При взаимодействий соли – гидролиз. А если на вещество в растворе или в расплавленном состоянии подействовать электрическим током, что произойдет?

Высказывания проходят корректировку. Удачное – определяет цель урока. Постановка задач.

Постановка задач для раскрытия темы (работа в микрогруппах):

Предложенный учащимися план работы над темой:

1) какой процесс называется – электролизом?
2) как происходит данный процесс?
3) условия осуществления электролиза.
4) значение электролиза в жизни человека.

I. Работа над понятиями: Электролиз –«электро» – «лиз» – процесс разложения сложного вещества на более простые под действием электрического тока (мнение учащихся выслушивается по всем понятиям и редактируется)

Цепочка научных определений (для записи в тетради)

«Электролиз» – химические реакции, протекающие под действием электрического тока на электродах, помещенных в раствор, расплав или твердый электролит.
«Электролит» – вещество, проводящее электрический ток.
«Электрод» – проводник, имеющий электронную проводимость и находящиеся в контакте с ионным проводником.
«Катод» – отрицательно заряженный электрод, на котором происходит процесс восстановления.
«Анод» – положительно заряженный электрод, на котором происходит процесс восстановления.
«Катионы» – положительно заряженные ионы.
«Анионы» – отрицательно заряженные ионы.
«Гальванический элемент» – ? (остается не записанным до рассмотрения, дом задание).

II. Работа в группах переменного состава.

Вам выданы информационные карты. Внимательно их прочитайте. Выделите главное. Найдите описание химического процесса при электролизе алюминия и электролизе поваренной соли. Запишите основные химические реакции, лежащие в основе данных процессов. (см. приложение)

Группа № 1: расплав кремнезема электрический ток алюминий + кислород

Группа №2: раствор поваренной соли электрический ток водород + хлор + едкий натр

На аноде анионы окисляются.
На катоде катионы восстанавливаются.
Электролиз – окислительно – восстановительный процесс.

III. Работа в парах

А если взять расплав поваренной соли и раствор хлорида алюминия, какие продукты электролиза получим.

Физзарядка: «Соло для позвоночника», «Гимнастика для глаз»

IV. Работа с учебником

Откройте учебник на стр 218 – 222. Внимательно прочитайте. Запишите в тетрадь основные правила электролиза.

V. Работа с карточкам:

Запишите химические уравнения электролиза следующих веществ:

Карточка 1: раствор сульфата калия
Карточка 2: расплав хлорида меди
Карточка 3: раствор хлорида хрома
Карточка 4: раствор гидроксида меди
Карточка 5: раствор гидроксида бария
Карточка 6: раствор соляной кислоты
Карточка7: раствор нитрата хрома
Карточка 8: раствор нитрата серебра
Карточка 9: раствор фосфата натрия
Карточка 10: раствор иодида марганца
Карточка 11: раствор бромида натрия
Карточка 12: расплав сульфида натрия

VI. Синтез мыслей (предложения учащихся)

– Какие условия необходимы для осуществления электролиза?

1) Эффективность электролиза зависит от ряда физических факторов, к которым относятся:

сила тока, напряжение, плотность тока, КПД источника тока, выход по току, выход по веществу, коэффициент полезного действия электроэнергии (выход по энергии), расход электроэнергии на единицу полученного продукта.

Чем выше сила тока, пропускаемого через электролизёр, тем больше продукта можно получить при эксплуатации данного электролизёра.
Между временем пропускания через раствор или расплав электролита электрического тока (количеством электричества) и количеством образующегося и расходуемого вещества имеются строгие количественные соотношения, определяемые законами Фарадея.

2) Концентрация раствора.

Если металл погрузить в воду, то его катионы начнут переходить в жидкость. Благодаря наличию электрического заряда у катиона на поверхности металла остается равный по величине, но противоположный по знаку заряд в виде избыточных электронов, то есть поверхность металла становиться отрицательно заряженной. Она начинает притягивать к себе положительно заряженные ионы металла, которые уже перешли в раствор и, таким образом, катионы не могут свободно перемещаться в объем раствора. Поэтому на границе металла с раствором возникает двойной электрический слой, который можно представить себе в виде плоского конденсатора, отрицательная обкладка которого – это поверхность металла, а положительная – соприкасающийся с ним слой растворенных ионов. Уже после растворения очень небольшого числа ионов заряд двойного слоя настолько возрастает, что дальнейшее растворение металла прекращается.

Если же металл погружен не в воду, а в раствор своих ионов, то картина будет несколько иная. Если концентрация раствора невелика, то образование двойного электрического слоя будет происходить так же, как в случае растворения металла в воде. Если же концентрация ионов в растворе велика, то сначала будет наблюдаться осаждение катионов из поверхности металла, которая зарядится положительно. Теперь поверхность металла будет притягивать к себе отрицательные ионы и образуется двойной электрический слой с положительной обкладкой из металла и отрицательной – из растворенных анионов.

Катионы будут осаждаться до тех пор, пока заряд на поверхности не достигнет такой величины, при которой дальнейшее осаждение станет невозможным из-за отталкивания одноименных зарядов металла и его ионов.

Когда имеются два противоположно заряженных тела, говорят, что между ними существует разность потенциалов. Такая разность потенциалов устанавливается и здесь, в двойном электрическом слое, на границе металл – раствор. Переход ионов из металла в раствор и обратно создает между ними разность потенциалов. Пару металл – раствор принято называть электродом. В этом случае потенциал называется электродным.

Для расчета электрохимики предлагают нам уравнение Нернста:

где φ – электродный потенциал; [Me n+ ] – концентрация ионов металла, моль/л; Т – абсолютная температура; n – валентность ионов металла; φ – стандартный электродный потенциал; R – универсальная газовая постоянная; F – число Фарадея (F = 96 500 Кл).
Наиболее важная величина в этом уравнении – стандартный электродный потенциал φ. Его физический смысл становится понятным, когда [Me n+ ] = 1 моль/л. Тогда второй член уравнения становится равен нулю и φ = φ. Значит, стандартный электродный потенциал – это такой потенциал, который возникает на границе металла с раствором его ионов при концентрации последних 1 моль/л. [5].

VII. Применение электролиза

Электролиз широко применяется в различных отраслях промышленности. В химической промышленности электролизом получают такие важные продукты как хлор и щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, перманганат калия, органические соединения, химически чистые водород, кислород, фтор и ряд других ценных продуктов.

В цветной металлургии электролиз используется для рафинирования металлов, для извлечения металлов из руд. Металлы, которые не могут быть выделены из водных растворов вследствие высокого отрицательного потенциала получают в цветной металлургии электролизом расплавленных сред, в качестве которых служат соли этих металлов, содержащие добавки различных соединений, вводимые с целью понижения температуры плавления расплава, повышения электропроводности и т.д. К числу металлов, получаемых электролизом расплавленных сред относятся алюминий, магний, цирконий, титан, уран, бериллий и ряд других металлов.

Электролиз применяют во многих отраслях машиностроения, радиотехники, электронной, полиграфической промышленности для нанесения тонких покрытий металлов на поверхность изделий для защиты их от коррозии, придания декоративного вида, повышения износостойкости, жаростойкости, получения металлических копий [5].

Рефлексия (самооценка своего труда)

VIII. Домашнее задание: «Правило ИЛИ» (выбор)

1) стр. учебника, индивидуальная карточка. (найти определение «Гальванический элемент»)
2) Сообщение о производстве какого-либо металла методом электролиза.
3) Творческое задание (карточки по теме в формате «Третий лишний», «Лото», «Морской бой», «Подлови соседа»)
4) Любой вид творческой работы.

Психологическая пауза: «Я хотел (а) бы тебе пожелать…»

Источник

Читайте также:  Мост постоянного тока р3009 содержание драгметаллов