Электролиз

Кузнецова А.А., к.х.н.,
доцент кафедры ООД ЗВФ
2007 год
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
История развития электрохимии
Электролиты, свойства электролитов
Электролиз расплавов солей
Ряд напряжений металлов
Катодные процессы
Анодные процессы
Электролиз водных растворов солей
Законы электролиза М.Фарадея
Применение электролиза
2
Майкл Фарадей английский физик и химик,
член Лондонского
королевского общества
3




Открыл законы электролиза
Изучил химическое действие электрического
тока
Ввел в науку основные термины электрохимии:
электролит, электрод, электролиз, анод, катод,
катион, анион
Установил количественные соотношения при
электролизе (1827)
4
5






Электропроводность – способность веществ
проводить электрический ток под действием
внешнего электрического поля.
Электропроводность электролитов обусловлена
существованием в растворе ионов.
Ионы образуются в результате электролитической
диссоциации.
Растворы кислот
Раствор сахара
Вода
6




Хлорид натрия
Сульфат меди(II)
Нитрат кальция
Карбонат натрия
7

Получение щелочных, щелочно-земельных
металлов из солей.
KBr
Анод:
Катод:
KBr – электролит !
K+ + Br-
0
-
Br2
2 Br - 2e
+
-
K +e
электрический ток
2 KBr
0
K
2 K + Br2
На катоде всегда идут процессы восстановления
8
Превращение электрической энергии в химическую
9

Проведенный опыт подтверждает, что при
электролизе протекают реакции окисления и
восстановления:
На аноде:
На катоде:
-
-
2 Cl - 2e
2+
окисление
- восстановление
Cu + 2e
Cl2 0
Cu0
10

Электролиз – совокупность окислительновосстановительных процессов, происходящих на
электродах при прохождении постоянного
электрического тока через электрохимическую
систему

Электрохимическая система состоит из двух
электродов и расплава электролита (или двух
электродов и раствора электролита.
11
Характер катодных процессов при электролизе
водных растворов
солей определяется
положением металла в ряду напряжений
Электродный потенциал увеличивается
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, | Be, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, |H2| Sb, Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, |
Be, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb,|H2|
|H2|Sb, Cu, Hg, Ag, Pt, Au
12

Если в растворе будет несколько катионов, то на
катоде в первую очередь будут восстанавливаются
катионы,
имеющие
наибольшее
значение
электродного потенциала.

В водных растворах солей некоторых металлов
может восстанавливаться водород из воды

Восстановление металла и водорода являются
зачастую конкурирующими процессами
13

Ионы металлов, стоящих в ряду напряжений до Al
(включительно), не восстанавливаются.
Идет восстановление воды:
2 Н2О + 2 е- → 2 ОН- + Н2

Ионы металлов, находящихся в ряду напряжений
от Аl до Н2О, восстанавливаются вместе с Н2О

Ионы металлов, стоящих в ряду напряжений после
водорода, - восстанавливаются
14



Анионы бескислородных кислот (кроме F- )
окисляются
Анионы кислородсодержащих кислот и F- фтор не
окисляются. Идет окисление воды:
2 Н2О - 4 е- → 4 Н+ + О2
При окислении анионов органических кислот
происходит выделение углекислого газа
15




Различают электролиз с инертным (нерастворимым)
анодом и электролиз с активным (растворимым)
анодом.
Инертный анод может быть изготовлен из графита,
угля, платины. Он не претерпевает окисления в ходе
электролиза. На аноде могут образовываться
следующие продукты: кислород, хлор, бром, йод,
углекислый газ.
Активный или растворимый анод изготовлен из
материала, который при электролизе может
окисляться по схеме: Ме0 – nē = Mе+n.
Материал активного анода: медь, серебро, цинк,
кадмий, никель и другие металлы.
16


В случае использования медного анода хлор на
аноде выделяться не будет.
(А): Катионы меди переходят в раствор с медного
анода:
0
+2
Cu – 2ē = Cu .


(К): На катоде выделяется медь высокой чистоты:
Cu+2 + 2ē = Cu0.
Концентрация ионов меди в растворе не изменяется.
Количество хлорида меди в растворе остается
неизменным.
17
Количество
вещества,
испытавшего
электрохимические превращения на электроде,
прямо пропорционально силе тока и времени,
то-есть, количеству прошедшего электричества.
При превращении одного моля эквивалентов
вещества на электроде через него должно пройти
96500 Кл электричества.
Эта величина называется
постоянной Фарадея:
1F= 96500 Кл/моль.
18
Массы прореагировавших на электродах
веществ
при
постоянном
количестве
электричества относятся друг к другу как
молярные массы их эквивалентов.
Или: масса выделившихся на электродах веществ
прямо
пропорциональна
их
химическим
эквивалентам
19






Первый
и
второй
законы
электролиза
описываются объединенным уравнением:
M экв.  Q
m
, где Q  I  t
F
m - масса вещества, выделившегося на электроде (г),
M - молярная масса эквивалентов вещества,
выделившегося на электроде (г/моль);
Q - количество электричества, прошедшее через
электролит, Кл);
I - сила тока (А);
t - время электролиза (с).
20
Если на электродах выделяются газы,
пользуются формулой:
, где
Vгаза – объем газа, выделившегося на электроде, л;
Vэкв.газа– объем 1 моль эквивалентов газа,
выделившего на электроде , л.
21

Выход по току – выраженное в процентах
отношение массы вещества, фактически
выделившегося на электроде, к теоретически
вычисленному ее значению.
,
где
- выход по току;
- масса вещества, выделившегося при электролизе;
- теоретически вычисленная масса вещества.
M экв.  Q
m
, где Q  I  t
F
22



Электролизом растворов солей в металлургии
получают медь, цинк, кобальт и другие тяжелые
металлы.
Широко применение электролизных процессов в
химической промышленности.
Нанесение гальванических покрытий (например,
никелирование,
меднение,
хромирование)
проводится в электролизерах, которые в этом
случае называются гальваническими ваннами.
23
БЛАГОДАРЮ
ЗА ВНИМАНИЕ!
24