Инфоурок Химия Другие методич. материалыЛекция на тему: "Электролиз"

Лекция на тему: "Электролиз"

Скачать материал

Лекция  тема: «Электролиз»

Изучив тему, следует:

знать сущность процесса электролиза и основные способы его применения

иметь представление об отличии электролиза расплава от электролиза раствора

уметь записывать процессы электролиза, происходящие на катоде и аноде  в  расплаве;

записывать процессы электролиза, происходящие на катоде и аноде  в  растворе;

составлять  уравнения реакции электролиза

 

 Сущность электролиза

С процессом электролиза познакомимся на примере раствора  хлорида меди (II)    CuCI2

Эта соль в растворе продиссоциирует   CuCI2Cu 2+   +  2CI-

на катион меди  Cu 2+  и анион кислотного остатка  2CI-

При пропускании постоянного электрического тока через раствор,  катионы меди Cu 2+  движутся к катоду « - » (катод), а анионы хлора  2CI-  к аноду  « + »  (анод)

 катионы меди движутся к катоду:  Cu 2+  →  « - » (катод)  

 анионы хлора движутся к аноду:    2CI- →  « + »  (анод)

 

  (-)  Катод - отрицательный электрод с избытком электронов на его поверхности,

         ионы меди Cu 2+  присоединяют  электроны с катода:  Cu 2+ + 2ē  →  Cu0

(+) Анод - положительный заряженный электрод. У анода недостаток электронов,

      поэтому анод   втягивает в себя электроны от отрицательно заряженных ионов хлора:

        2CI-  - 2ē →   CI20

Следовательно, электролиз – это окислительно - восстановительный процесс

 

Электролиз - это окислительно-восстановительные реакции, протекающие на электродах, если через раствор или расплав электролита пропускать постоянный электрический ток

 

Отличие электролиза расплава от электролиза раствора

Электролиз расплавов

При расплавлении соли или щелочи, как и при растворении, распадаются на ионы 

Схема электролиза расплавленного хлорида натрия:            NaCINa+ + CI-

На катоде (-):   Na+ +   1ē  →  Na0        2

Восстанавливаются ионы натрия в нейтральные атомы, то есть образуется металлический натрий.

На аноде (+):  2CI-  - 2ē  → CI2        1

Окисляются хлорид - ионы в нейтральную молекулу хлора.

Уравнение реакции процесса электролиза хлорида натрия   NaCI:

                             электролиз

                 2NaCI      →       2 Na0  +   CI20

Схема электролиза расплавленного гидроксида натрия:  NaOH  →  Na+  +  OH-

  Процесс восстановления   на катоде (-):  Na+ +  1ē →  Na0        4    окислитель

Восстанавливаются ионы натрия в нейтральные атомы, то есть образуется металлический натрий.

Процесс окисления на аноде (+): OH-  - 1ē  → OH0        4OH0   →  2H2O  + O2 ↑      1  восстановитель

Окисляются гидроксид - ионы в нейтральные группа.

Эти группы неустойчивы, разлагаются с образованием воды и кислорода.

Уравнение реакции процесса электролиза гидроксида натрия  NaОН:

            электролиз

4NaOH    →     4Na0  +   2H2O  + O2

Электролиз водных растворов

При электролизе водных растворов в реакции могут участвовать ионы  водорода и гидроксид - ионы, которые образуются в результате диссоциации воды:  H2O ↔ Н+  +  ОН-

В результате этого у катода накапливаются катионы электролита и ионы Н+,

 а у анода - анионы электролита и ионы ОН-

Какие же ионы будут восстанавливаться на катоде и окисляться на аноде?

Процессы, происходящие на катоде:

1.      Катионы металлов, имеющих малый стандартный электродный потенциал

 (Li+  K+  Ca2+  Na+  Mg2+  AI3+включительно), не восстанавливаются на катоде, а  вместо них восстанавливаются молекулы воды.  На катоде выделяется водород из воды

 

 2. Катионы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов от  марганца до водорода

 (Mn2+ Zn2 Cr3+  Fe2+  Ni2+ Sn2+  Pb2+  H+), при электролизе растворов восстанавливаются одновременно с молекулами воды

 

3. Катионы металлов, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов после водорода

(Cu2+ Hg2+ Ag+), практически полностью восстанавливаются на катоде

 

Процессы, происходящие на аноде:

Характер реакций, протекающих на аноде, зависит как от присутствия воды, так и от вещества, из которого сделан анод. Аноды подразделяются на нерастворимые в воде (изготавливаются из угля, графита, платины, иридия) и растворимые в воде (из меди, серебра, цинка, никеля и других металлов).

 

На нерастворимом аноде в процессе электролиза следует руководствоваться

 рядом разряженности на аноде

 1. Анионы бескислородых кислот и их солей (F- CI- Br-  I- S2- CN- и т.п.) удерживают электроны слабее иона ОН-  воды, поэтому при электролизе водных растворов солей бескислородных кислот окисляются анионы бескислородных кислот.

 

2. Анионы кислородсодержащих кислот (NO3-   SO32-   SO42-   CO32-   PO43-) удерживают свои электроны более прочно, чем ионы ОН-, поэтому при электролизе водных растворов солей кислородсодержащих кислот  окисляется молекула воды, а анионы соли остаются без изменения. 

 

1.      Первая группа металлов до алюминия

 Пример:

а)  Электролиз раствора нитрата кальция

      Ca(NO3)2 - соль с  кислородcодержащим кислотным остатком   

    - электролит  диссоциирует  на   Ca(NO3)2   ↔   Ca2+   + 2NO3-

     вода диссоциирует  на                  H2O  ↔   Н+  +  ОН-           

Катионы кальция  Ca2+  расположены в ряду стандартных электродных потенциалов до  алюминия, следовательно, на катоде разряжаются ионы водорода Н+  воды,

а на аноде разряжаются  ионы ОН- ,  так как ионы NO3-   удерживают свои электроны более прочно, чем ионы ОН- воды     

В растворе находятся  положительные ионы:    Ca2+  и   Н+      отрицательные ионы:  NO3-  и  ОН-

                                                                                                                                                   

Процесс восстановления  на катоде  «-»   2H2O  +   → H20↑    + 2ОН-      4    ǀ    2   окислитель

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

В катодном пространстве накапливаются:   Са2+   +  2ОН-  →   Са(ОН)2 

Процесс окисления на  аноде   «+»    2H2O  - →   O2 ↑ + 4Н+           2    ǀ     1       восстановитель

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

В анодном  пространстве накапливаются:   Н+  +   NO3-    ↔  НNO3   

 Уравнение электролиза:

выписываются все продукты реакции с катода, анода и из катодного и анодного пространства

                                    электролиз

Ca(NO3)2  + 3H2O    →   H20↑  +  Са(ОН)2   +   O2 ↑ +  2НNO3

 

Пример:

б)  Электролиз раствора иодида кальция  CaI2 - соль с бескислородным кислотным остатком

CaI2    - электролит  диссоциирует на                CaI2   ↔   Ca2+   + 2 I-                                               

                                                                вода диссоциирует   H2O ↔  Н+  +  ОН-                                                

Катионы кальция  Ca2+  расположены в ряду стандартных электродных потенциалов до  алюминия, следовательно, на катоде разряжаются ионы водорода Н+  воды, а на аноде - ионы йода I-   так как они слабее удерживают свои электроны, чем ионы ОН- воды   

                                                                                                                                                     

Процесс восстановления  на катоде  «-»   2H2O  + 2ē   → H20↑    + 2ОН-        2 ǀ  1   окислитель

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

  В катодном пространстве накапливаются:   Са2+   +  2ОН-  →     Са(ОН)2 

Процесс окисления на  аноде   «+»    2I- 2ē  →  I2 ↓      2 ǀ 1        восстановитель                                              

В анодном  пространстве накопления молекул нет, так как кислотный остаток бескислородный и только он окисляется на аноде

Уравнение электролиза:

выписываются все продукты реакции с катода, анода и из катодного и анодного пространства

                                         электролиз

CaI2  + 2H2O    →   H20↑  +  Са(ОН)2   +   I2

 

2.      Вторая  группа металлов от алюминия до водорода:

Пример:

а)  Электролиз раствора сульфата никеля    NiSO4

NiSO4 соль с  кислородcодержащим кислотным остатком   

 - электролит  диссоциирует на          NiSO4   ↔  Ni2+   +  SO42-       

                            Вода диссоциирует   H2O ↔  Н+  +  ОН-

 

 Катионы  никеля  - Ni2+   расположены в ряду стандартных электродных потенциалов от  марганца до водорода, следовательно, они восстанавливаются одновременно с ионами водорода  Н+ воды, а на аноде разряжаются ионы ОН- воды, так как ионы SO42-    удерживают свои электроны более прочно, чем ионы ОН- воды

  В растворе находятся  положительные ионы:    Ni2+  и   Н+      отрицательные ионы:  SO42-  и  ОН-

 

Процесс восстановления  на катоде  «-»                        2H2O  + 2ē   → H20↑    + 2ОН-    

идут параллельно оба процесса восстановления                  Ni2+   + 2ē  → Ni0 ;                      4 ǀ 1

--------------------------------------------------------------------------------------------------   

В катодном пространстве накапливаются:     Ni2+   +  2ОН-  →    Ni(ОН)2 

 

Процесс окисления на  аноде   «+»    2H2O  - 4ē →   O2 ↑ + 4Н+                                              4 ǀ 1

---------------------------------------------------------------------------------------------------          

В анодном  пространстве накапливаются:     2Н+  +  SO42-    ↔  Н2SO4   

 Уравнение электролиза:

выписываются все продукты реакции с катода, анода и из катодного и анодного пространства

                       электролиз

2NiSO4  + 4H2O    →  Ni0 +   Ni(ОН)2   + O2 ↑   +   H20 ↑   +   Н2SO4  

   В растворе идет диссоциация нейтральных молекул до тех пор, пока все нейтральные молекулы не распадутся на ионы:    Ni(ОН)2   + 2Н2SO4   →   NiSO4  + 2H2O 

 

Пример:

б)   Электролиз раствора хлорида никеля (II)  NiCI2

 NiCI2  - электролит  диссоциирует на   NiCI2   ↔  Ni2+   +  2CI-       

                               Вода диссоциирует   H2O ↔  Н+  +  ОН-

 

 Катионы  никеля  - Ni2+   расположены в ряду стандартных электродных потенциалов от  марганца до водорода, следовательно, они восстанавливаются одновременно с ионами водорода  Н+ воды,  а на аноде - ионы хлора CI-   так как они слабее удерживают свои электроны, чем ионы ОН- воды:                                                                    В растворе находятся  положительные ионы:    Ni2и   Н+      отрицательные ионы:  CI-     и  ОН-

 

Процесс восстановления  на катоде  «-»                      2H2O  + 2ē   → H20↑    + 2ОН-          

идут параллельно оба процесса восстановления          Ni2+   + 2ē  → Ni0                        4  ǀ   2

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  

    В растворе у катода:  Ni2+   +  2ОН-  →    Ni(ОН)2

 

Процесс окисления на  аноде   «+»        2CI- 2ē  →  CI2 ↑                                              2  ǀ  1

 

 В катодном пространстве накапливаются      Ni (ОН)2   

Таким образом, при электролизе  раствора  NiCI2 получаем продукты реакции:

                        электролиз

2NiCI2  + 4H2O    →  Ni0 + Ni(ОН)2   + 2CI2   +   H20↑    

 

3.      Третья   группа металлов от   водорода:

 Пример:

Электролиз раствора нитрата ртути (IIHg(NO3)2

      Hg (NO3)2   ↔ Hg2+  + 2 NO3-                    H2O ↔ Н+  +  ОН-

Катионы  ртути  Hg2+    расположены в ряду стандартных электродных потенциалов после водорода, следовательно, они полностью восстанавливаются на катоде, а на аноде разряжаются ионы ОН- воды.

катод   «-»       Hg2+  +  2ē → Hg0               

анод   «+»    2H2O  - 4ē →   O2 ↑ + 4Н+;           Н+  + NO3-     ↔     НNO3

                                              электролиз

          Hg (NO3)2   +    2H2O      →         Hg0   + O2 ↑ +  2НNO3

Все рассмотренные случаи электролиза относятся к нерастворимому аноду, который изготавливается из угля, графита, платины, иридия.

Если анод будет растворим (Cu  Ag  Zn  Cd  Hg  Ni  и др.) при электролизе водного раствора окисляется анод. Например: при электролизе водный раствор CuCI2 анод будет медным, то хлорид - ионы не окисляются (растворяется анод):

CuCI↔    Cu2+  +  2CI-                    H2O ↔ Н+  +  ОН-

катод   «-»       Cu2+  +  2ē → Cu0               

анод   «+»     Cu0  -  2ē  → Cu2+ 

           Здесь происходит переход меди с  анода на катод. Количество хлорида меди в растворе остается неизменным.

Электролиз с растворимым анодом широко применяется для получения металлов высокой чистоты.

Применение электролиза

Электролиз применяется при получении активных металлов (K Na Ca Mg AI), некоторых активных неметаллов (CI2  F2), а также сложных веществ (NaOH   KOH  KCIO3). Электролизом пользуются для покрытия металлических предметов никелем, хромом, цинком, оловом, золотом и т.д.

Продукты электролиза водных растворов электролитов

Электролиты

Продукты электролиза

Щелочи, кислородсодержащие кислоты, соли кислородсодержащих кислот и активных металлов

(K Na Ca)

H20↑  и  O2 ↑   так как разлагается только вода

 

 

Бескислородные кислоты и их соли бескислородных кислот и активных металлов

(K Na Ca)

H20↑    S   галогены и др.

Соли бескислородных кислот и малоактивных металлов (Cu  Hg  Ag Pt Au), а также металлов со средней активностью  (Co  Ni  Cr  Sn)

Металлы и галогены, а при большей концентрации  ионов Н+ может выделяться H20↑ 

Соли кислородсодержащих кислот и малоактивных металлов (Cu  Hg  Ag Pt Au), а также металлов со средней активностью

 (Co  Ni  Cr  Sn)

Металл и O2 ↑, а при большей концентрации

ионов Н+    может выделяться H20↑ 

 

1. Защита металлических изделий от коррозии электролизом получила название гальваностегией. Защищая от коррозии, гальванические покрытия придают предметам красивый декоративный вид.

2. Другая отрасль электрохимии названа гальванопластикой - это получение точных металлических копий с различных предметов. Эта отрасль открыта русским ученым Б.С. Якоби (1838).

3. Получение  химически активных металлов: щелочных, щелочноземельных, алюминия, лантаноидов и др., а также для очистки некоторых металлов от примесей.

Самостоятельная работа №1

Вопросы:  

1)  В чем отличие электролиза расплава от электролиза раствора?

2)  Почему в первую очередь на аноде разряжаются  бескислородные ионы кислот, а не кислородсодержащие?

3)   Какие металлы в первую очередь разряжаются на катоде, стоящие в ряду напряжения металлов, до водорода или после?

4)  Какие катионы металлов  никогда не разряжаются в растворе?

5) Где применяется электролиз?

Выполните задания:

1) Составьте схемы электролиза водных растворов:

а) сульфата меди (II)  б) хлорида магния  в) нитрата калия г) серной кислоты  д) гидроксида натрия

2) Составьте схемы расплавов:   а) гидроксида калия    б) хлорида натрия

 

Самостоятельная работа №2  (расчетные задачи)

1. При электролизе раствора хлорида меди (II) масса катода увеличилась на 8 г.

Какой газ выделился, рассчитайте  его массу и объём (н.у.)?

2. При электролизе водного раствора нитрата серебра (I) выделилось  5, 6 л газа.

Сколько граммов металла отложилось на катоде?

3. При электролизе водного раствора хлорида калия образовалось 112 кг гидроксида калия.

Какие газы выделились и каков их объём (н.у.)?

4*  Определите  объём хлора (н.у.), который выделится на аноде при полном электролизе 200 г 10% раствора хлорида калия.

5*   При электролизе раствора нитрата свинца (II) на аноде выделилось 11, 2 л газа.

 Сколько свинца получилось за это время, если его выход составляет 80%?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал "Лекция на тему: "Электролиз""

Методические разработки к Вашему уроку:

Получите новую специальность за 3 месяца

Интернет-маркетолог

Получите профессию

Интернет-маркетолог

за 6 месяцев

Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам

Скачать

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 625 829 материалов в базе

Скачать материал

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 28.07.2016 14024
    • DOCX 35 кбайт
    • 139 скачиваний
    • Рейтинг: 1 из 5
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Глебова Ирина Юрьевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    Глебова Ирина Юрьевна
    Глебова Ирина Юрьевна
    • На сайте: 7 лет и 8 месяцев
    • Подписчики: 0
    • Всего просмотров: 247412
    • Всего материалов: 53

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой

Курс профессиональной переподготовки

Технолог-калькулятор общественного питания

Технолог-калькулятор общественного питания

500/1000 ч.

Подать заявку О курсе

Курс повышения квалификации

Методика реализации образовательного процесса и мониторинг эффективности обучения по дисциплине «Химия» в соответствии с требованиями ФГОС СПО

72 ч. — 180 ч.

от 2200 руб. от 1100 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 87 человек из 34 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Химия: теория и методика преподавания в профессиональном образовании

Преподаватель химии

600 ч.

9500 руб. 4750 руб.
Подать заявку О курсе

Курс повышения квалификации

Особенности подготовки к сдаче ЕГЭ по химии в условиях реализации ФГОС СОО

36 ч. — 180 ч.

от 1700 руб. от 850 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 46 человек из 29 регионов

Мини-курс

Стрессоустойчивость и успех в учебе: практические методики и стратегии

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 40 человек из 22 регионов

Мини-курс

Современные тенденции в архитектуре

6 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

Психологическое консультирование семей: от неблагополучия к гармонии

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 30 человек из 19 регионов