Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Химия / Другие методич. материалы / Лекция на тему: "Электролиз"

Лекция на тему: "Электролиз"


  • Химия

Поделитесь материалом с коллегами:

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 → CI20 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: NaOHNa+ + 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 CaI2Ca2+ + 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 → I22 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 + 2H2OH20↑ + Са(ОН)2 + I2


  1. 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: + + SO42- ↔ Н2SO4

Уравнение электролиза:

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

электролиз

2NiSO4 + 4H2ONi0 + 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: Ni2+ и 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 → CI22 ǀ 1


В катодном пространстве накапливаются Ni (ОН)2

Таким образом, при электролизе раствора NiCI2 получаем продукты реакции:

электролиз

2NiCI2 + 4H2ONi0 + Ni(ОН)2 + 2CI2 + H20

  1. Третья группа металлов от водорода:

Пример:

Электролиз раствора нитрата ртути (II) Hg(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):

CuCI2 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

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)

H20S 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%?

















Автор
Дата добавления 28.07.2016
Раздел Химия
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров1045
Номер материала ДБ-148019
Получить свидетельство о публикации

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх