Шпаргалка по "Общей химии"

21. ЭЛЕКТРОЛИЗ,

Движение ионов  в растворе или расплаве электролита  является хаотическим, беспорядочным. Но если в раствор или расплав  электролита опустить электроды  и пропустить постоянный электрический  ток, то ионы будут двигаться упорядоченно к электродам: катионы – к катоду, анионы – к аноду. На катоде идет процесс восстановления, катионы принимают электроны. На аноде идет процесс окисления, анионы отдают электроны. Это явление называется электролизом.

Электролиз –  это окислительно-восстановительный  процесс, протекающий на электродах в растворах или расплавах электролитов при пропускании электрического тока. Сущность электролиза заключается в том, что за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самопроизвольно.

Для определения  результатов электролиза существует ряд правил.

П р о ц  е с с ы  н а  к а т  о д е (восстановление).

• В расплавах  катионы металла восстанавливаются  до свободного металла:

Мn+ + nе = М0.

• В растворах  процесс на катоде н е  з а  в и с и т от материала катода, а зависит от активности восстанавливаемого металла.

а) Если металл расположен в ряду напряжений от Li до Al включительно, то на катоде идет процесс восстановления воды:

2Н2О + 2e = H20 + 2OH–.

б) Если металл расположен в ряду напряжений между Al и H2, то на катоде идут одновременно процессы восстановления воды и катионов металла:

2Н2О + 2e = H20 + 2OH–,

Мn+ + nе  М0.

в) Если металл расположен в ряду напряжений после Н2, то на катоде идет процесс восстановления катионов металла:

Мn+ + nе = М0.

При электролизе  растворов кислот идет процесс восстановления ионов водорода:

2Н+ + 2е = H20.

П р о ц  е с с ы  н а  а н о  д е (окисление).

• В расплавах  анионы бескислородных кислот (кроме  фторидов) окисляются до соответствующего простого вещества, например:

2Cl– – 2е  = Cl20.

Кислородсодержащие  анионы выделяют кислород и превращаются в один из оксидов:

SO42– – 2e = SO20 + O20.

• В растворах  процесс на аноде зависит от материала  анода и от природы аниона. Аноды  могут быть двух видов – растворимые (железо, медь, цинк, серебро и все  металлы, которые окисляются в процессе электролиза) и нерастворимые, или  инертные (уголь, графит, платина, золото).

а) Если анод растворимый, то независимо от природы аниона всегда идет окисление металла анода, например:

Cu0 – 2e = Cu2+.

б) Если анод инертный, то в случае бескислородных анионов (кроме фторидов) идет окисление  анионов:

2Cl– – 2е  = Cl20.

В случае кислородсодержащих анионов и фторидов идет процесс окисления воды, анион при этом не окисляется и остается в растворе:

2H2O – 4e = O20 + 4H+.

При электролизе  растворов щелочей идет окисление  гидроксид-ионов:

4OH– – 4e = O20 + 2H2O.

Количественная  характеристика процессов электролиза определяется з а к о н о м  Ф а р а д е я: масса электролита, подвергшегося превращению при электролизе, а также массы образующихся на электродах веществ прямо пропорциональны количеству электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита, и эквивалентным массам соответствующих веществ.

Закон электролиза  в математической форме:

m =

где Э – эквивалент вещества (г/моль), I – сила тока (А), t – продолжительность процесса электролиза (с), F – постоянная Фарадея (F = 96 500 Кл/моль).

Электролиз широко используют в промышленности для  выделения и очистки металлов, получения щелочей, хлора, водорода. Алюминий, магний, натрий, кадмий получают только электролизом. Важной областью применения электролиза является защита металлов от коррозии. При этом на поверхности металлических изделий электрохимическим методом наносят тонкий слой другого металла, устойчивого к коррозии