Конспект урока по химии на тему "Электролиз",9 класс

Электролиз.

Электролиз – это совокупность окислительно-восстановительных процессов, происходящих при пропускании постоянного электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из двух электродов, опущенных в расплав или раствор электролита.

Энергия, необходимая для протекания химической реакции, поступает от внешнего источника тока.

Зависимость количества вещества, образовавшегося при электролизе  от времени и силы тока описывается обобщённым законом Фарадея.

, где

m – масса образовавшегося при электролизе вещества (г)

M – молярная масса вещества (г/моль)

N – количество отдаваемых или  принимаемых ē.

I – сила тока (А)

t – продолжительность процесса (с)

f – постоянная Фарадея, характеризующая количество электричества, необходимое для выделения M/n данного вещества.

f = 96500 Кл/моль

Катод – это электрод, на котором происходит восстановление. Он заряжен отрицательно, поэтому к нему движутся катионы.

Анод – это электрод, на котором происходит окисление. Он заряжен положительно, поэтому к нему движутся анионы.

Электролиз расплавов солей и щелочей.

При расплавлении мы имеем дело только с одним веществом – электролитом. При расплавлении электролиты диссоциируют на катионы и анионы, которые, при пропускании электрического тока, движутся к соответствующим электродам.

1.     Электролиз расплава хлорида калия – KCl.

 

K(-)                      A(-)

K(-):    K+ ,         K+ + 1ē → K0		2
	2
A(+):    Cl¾,        2Cl¾- 2ē → Cl20		1

                                                                            эл. ток

                                               2Cl^¾ + 2K⁺   →    Cl₂⁰ + 2K⁰         

                                                                            эл. ток

     KCl      K⁺ + Cl^-                          2KCl   →    Cl₂⁰↑ + 2K⁰

2.     Электролиз расплава гидроксида калия – KOH

KOH          K⁺ + OH^¾

K(-):	K+,	K+ + 1ē → K0		4
			4
A(-):	OH¾,	4OH¾ - 4ē → 2H2O + O20		1

эл. ток

4K⁺ + 4OH^¾ → K⁰ + 2H₂O + O₂⁰

эл. ток

4KOH → 4K⁰ + 2H₂O +O2⁰↑

Вывод: при электролизе расплавов однозначно на катоде выделяется металл, а на аноде – газ-галоген (в случае галогенидов) или газ-кислород в (случае щелочей).

Электролиз в водных растворах.

В водных растворах электролитов (солей, кислот, щелочей) помимо самого электролита всегда присутствуют молекулы воды. Из-за присутствия воды, электролиз растворов по сравнению с электролизом расплавов, усложняется конкурирующими процессами на электродах. Какие процессы будут протекать у электродов при электролизе зависит прежде всего от относительных значений электродных потенциалов соответствующих электрохимических систем.

На катоде будут восстанавливаться окисленные формы электрохимических систем, имеющих наибольший электродный потенциал.

На аноде будут окисляться окисленные формы электрохимических систем, имеющих наименьший электродный потенциал.

Выбор восстанавливающейся частицы на катоде.

На катоде возможно протекание двух процессов:

1.    Восстановление металла:      Meⁿ⁺ + nē → Me⁰,                  

2.     Восстановление воды:           2H₂O + 2ē → H₂⁰ + 2OH^¾,      φ⁰ = -0.41В

Ионы активных Me до Al3+ вкл.	Ионы Me средней активности	H+	Ионы малоактивных Me
Men+, H2O	Men+ или H2O	H+, H2O	Men+, H2O
Восстанавливается вода: 2H2O + 2ē → H20 + 2OH¾	Параллельно могут протекать и восстановление металла и восстановление воды В концентрированных растворах реальнее восстановление металла, а в разбавленных - воды	Восстанавливаются ионы водорода.	Восстанавливается металл: Men+ + nē → Me0

Выбор окисляющейся частицы на аноде.

Различают электролиз с инертными (нерастворимыми) и активными (растворимыми) электродами. Они отличаются тем, что в случае активного анода к конкурирующим процессам добавляется процесс растворения материала анода.

Кислородосодержащие анионы и анион фтора	Гидроксильный анион	Бескислородные анионы
SO42¾, SO3¾, NO3¾, NO2¾,SiO32¾, PO43¾, PO3¾, MnO4¾, CO32¾, и.т.д., а также F¾.	OH¾	Cl¾, Br¾, I¾.
An¾, H2O	OH¾, H2O	A¾, H2O
Окисляется вода 2H2O - 4ē → O20 + 4H+	Окисляется OH¾ 4OH¾ - 4ē → O20 + 2H2O	Окисляется анион 2A¾ - 2ē → A20
		*выделяется хлор, так как материал анода тормозит окисление воды с выделением кислорода