Презентация по химии: "Электролиз" 11 класс

• 1 слайд

  Электролиз
  

• 2 слайд

  ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ВАННА.
  
  Катод (-)
  Анод (+)
  Восстановление
  Окисление
  Электроды
  

• 3 слайд

  Терминология
  Электролиз – совокупность ОВР, осуществляющихся на электродах при пропускании через раствор или расплав электролита постоянного электрического тока
  Электрод – система, состоящая из проводника I рода и проводника II рода
  Катод- восстановление
  Анод- окисление
  +
  -
  

• 4 слайд

  Процессы на катоде 1.
  Катионы активных металлов:
  Li+, Cs+, Rb+, K+, Ba2+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+, NH4+
  Металлы не восстанавливаются, а восстанавливаются молекулы H2O:
  2H2O + 2ē = H2↑ + 2OH–
  

• 5 слайд

  Процессы на катоде 2.
  Катионы металлов средней активности
  Mn2+, Zn2+, Cr3+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+
  Катионы металлов восстанавливаются совместно с молекулами воды:
  Men++ nē = Meo
  2H2O + 2ē = H2↑+ 2OH–
  

• 6 слайд

  Процессы на катоде 3.
  Катионы водородаH+
  Ионы H+ восстанавливаются только при электролизе растворов кислот:
  2H++ 2ē = H2↑
  

• 7 слайд

  Процессы на катоде 4.
  Катионы малоактивных металлов:
  Cu2+, Hg2+, Ag+, Pt2+, Au3+
  Восстанавливаются только катионы металлов:
  Men++nē = Meo
  

• 8 слайд

  Процессы на аноде 1-2
  1) Анионы бескислородных кислот:
  I–, Br–, S2–, Cl–
  Окисляются кислотные остатки
  Am– – mē = Ao
  2) Анионы OH–
  Окисляются только при электролизе растворов щёлочей
  4OH– – 4ē = O2↑+ 2H2O
  

• 9 слайд

  Процессы на аноде 3-4.
  3) Анионы кислородсодержащих кислот:
  SO42–, NO3–, CO32–, PO43–
  Окисляются молекулы воды:
  2H2O – 4ē =O2↑+ 4H+
  4) Анионы F–
  Окисляются только молекулы воды
  2H2O – 4ē = O2↑ + 4H+
  

• 10 слайд

  Если анод растворимый
  Анод растворимый (активный), изготовлен из Cu, Ag, Zn, Ni, Fe и др. металлы. Анионы не окисляются. Окисляется сам анод:
  Мео – nē = Men+
  Катионы Men+ переходят в раствор. Масса анода уменьшается.
  

• 11 слайд

  Электролиз расплава
  Если расплавить поваренную соль, то произойдет расщепление кристаллической решетки на ионы. При этом образуются катионы натрия и анионы хлора:
  NaCI -> Na+ + CI-
  
  Опустим в расплав электроды постоянного электрического тока.
  Направляясь к катоду, катион натрия получает с него один электрон, т.е. происходит восстановление:
  Na+ + ē -> Na0
  Катод, на котором имеется постоянный избыток электронов, является восстановителем.
  К аноду направляется анион хлора. Поскольку на аноде постоянный недостаток электронов, ион хлора отдает электрон, превращаясь в нейтральный атом, т.е. окисляется:
  Cl- - ē -> Cl0
  Анод, на котором постоянный недостаток электронов, является окислителем.
  2NaCl -> 2 Na + Cl2
  
  ЭЛЕКТРОЛИЗ – окислительно-восстановительный процесс, протекающий под действием электрического тока.
  
  
  

• 12 слайд

  Электролиз расплавов
  Расплав KOH = K+ + OH–
  (–) Катод: K+ + 1ē = Ko │х 4
  (+) Анод: 4OH– – 4ē = O2↑+ 2H2O │х 1
  4K++ 4OH– = O2↑ + 2H2O↑+ 4K
  4KOH → 4K + O2↑ + 2H2O↑
  

• 13 слайд

  Примеры электролиза расплавов:
  Электролиз- окислительно-восстановительный процесс, который возникает на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита.
  На катоде(-) -восстановление
  На аноде(+) -окисление
  Li+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+, Zn2+, Cr3+, Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Hg2+, Ag+, Pt4+, Au3+.
  Для солей неактивных металлов и бескислородных кислот(CuCl2) электролиз раствора и расплава соли одинаков.
  Увеличение окислительной активности ионов
  F-, NO3-, SO42-, OH-, Cl-, Br-, I-, S2-
  Увеличение восстановительной активности ионов
  

• 14 слайд

  
  
  Электролиз раствора
  В водных растворах процесс приобретает ряд особенностей, так как в нем принимает участие вода.
  В растворе, помимо диссоциации соли, происходит весьма слабая диссоциация воды.
  NaCI -> Na+ + CI-
  H2O -> H+ + OH-
  Таким образом, в растворе образуется два вида катионов (Na+ и H+) и два вида анионов (CI- и OH-).
  В ряду напряжений металлов натрий стоит намного левее водорода. Следовательно, восстановительные свойства атома натрия сильнее, чем атома водорода. Зато окислительные свойства иона Na+ выражены слабее, чем иона H+ , следовательно, на катоде будет восстанавливаться не металлический натрий, а водород:
  2H2O + 2ē -> H2 + 2OH-
  Ионы натрия будут находиться в растворе до тех пор, пока полностью не разрядятся ионы водорода.
  К аноду направятся анионы CI- и OH-, восстановительные свойства которых также неодинаковы (см. ряд анионов, расположенных в порядке увеличения способности к окислению). Анионы CI- окисляются легче, чем OH-, поэтому на аноде будет происходить процесс:
  CI- - ē → CI0
  

• 15 слайд

  
  
  Электролиз раствора
  К аноду направятся анионы CI- и OH-, восстановительные свойства которых также неодинаковы (см. ряд анионов, расположенных в порядке увеличения способности к окислению). Анионы CI- окисляются легче, чем OH-, поэтому на аноде будет происходить процесс:
  CI- - ē CI0, 2CI0 CI2
  В большинстве случаев анионы, состоящие из атомов одного элемента, такие, как CI-, Br-, I-, S2-, окисляются на аноде быстрее, чем гидроксид-ион.
  При электролизе раствора поваренной соли на электродах получаются водород и хлор, а в растворе остаются ионы Na+ и OH-. Эти ионы представляют собой в диссоциированном виде едкий натр NaOH.Таким способом в промышленности получают едкие щелочи.
  2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH
  
  
  

• 16 слайд

  Электролиз растворов солей
  CuCl2, раствор
  CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- (ЭД)
  Катод: Cu2+, H2O
  Cu2+ + 2e- → Cu0 (восстановление)
  Анод: Cl-, H2O
  2Cl- - 2e- → Cl20 (окисление)
  Cu2+ + 2Cl- → Cu0 + Cl2↑
  2CuCl2 → Cu0 + Cl2↑ (электролиз)
  
  
  эл.ток
  эл.ток
  

• 17 слайд

  Электролиз
  раствора хлорида меди (II)
  CuCl2
  
  (-)Катод Cu2+ + 2Cl- Анод(+)
  восстановление: окисление:
  Cu2+ +2е- = Сu0 2Cl- - 2е- = Cl2↑
  
  Суммарно: CuCl2 Сu + Cl2
  
  Вывод: электролиз раствора данной соли принципиально не отличается от электролиза ее расплава.
  
  
  электр. ток
  

• 18 слайд

  Электролиз CuCl2
  

• 19 слайд

  Схема электролиза раствора сульфата меди (II)
  CuSO4
  
  (-)Катод Cu2+ + SO42- Анод(+)
  восстановление окисление
  ионов меди: H2SO4 молекул воды:
  Cu2+ + 2е- = Сu0 2H2O – 4e- = O2↑ + 4H+
  
  Для подбора коэффициентов используем метод электронно-ионного баланса:
  К(-) Cu2+ + 2е- = Сu0 2
  А(+) 2H2O – 4e- = O2↑ + 4H+ 1
  
  Суммарно: 2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2↑ + 2H2SO4
  
  электр. ток
  

• 20 слайд

  Электролиз
  раствора сульфата натрия
  Na2SO4
  
  
  (-)Катод 2Na+ + SO42- Анод(+)
  восстановление окисление
  молекул воды молекул воды
  2H2O + 2e- = Н2↑ + 2ОН- 2H2O – 4e- = O2↑ + 4H+
  щелочная среда кислая среда
  
  Суммарно: 2H2O 2H2↑ + O2↑
  Вывод: электролиз данной соли сводится к разложению воды; соль необходима для увеличения электропроводности, так как чистая вода является очень слабым электролитом.
  
  
  электр. ток
  

• 21 слайд

  Анодные процессы
  в водных растворах электролитов
  

• 22 слайд

  Изменение восстановительной активности анионов
  Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:
  I-, Br-, S2-, Cl-, OH-, SO42-, NO3-, F-
  
  Восстановительная активность уменьшается
  

• 23 слайд

  Электролиз
  раствора иодида калия
  KI
  
  (-)Катод K+ + I- Анод(+)
  Восстановление KOH окисление анионов
  молекул воды: иода:
  2H2O + 2e- = Н2↑ + 2ОН- I- - e- = I0 ; 2I = I2
  Для подбора коэффициентов используем метод электронно-ионного баланса:
  К(-) 2H2O + 2e- = Н2↑ + 2ОН- 1
  А(+) 2I- - 2e- = I20 ; 1
  Суммарно: 2KI + 2H2O Н2↑ + I2 + 2KOH
  
  электр. ток
  

• 24 слайд

  Катодные процессы
  в водных растворах электролитов
  

• 25 слайд

  Если анод растворимый
  Анод растворимый.
  Электролиз раствора AgNO3
  (анод растворимый – из Ag)
  (–) Катод: Ag+ + 1ē = Ago
  (+) Анод: Ago – 1ē = Ag+
  Ago + Ag+ = Ag+ + Ago
  Электролиз сводится к переносу серебра с анода на катод.
  

• 26 слайд

  Электролиз воды проводится всегда в присутствии инертного электролита (для увеличения электропроводности очень слабого электролита - воды):
  В зависимости от инертного электролита электролиз проводится в нейтральной, кислотной или щелочной среде. При выборе инертного электролита необходимо учесть, что никогда не восстанавливаются на катоде в водном растворе катионы металлов, являющихся типичными восстановителями (например Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+) и никогда не окисляется на аноде кислород O−II анионов оксокислот с элементом в высшей степени окисления (например ClO4−, SO42−, NO3−, PO43−, CO32−, SiO44−, MnO4−), вместо них окисляется вода
  

• 27 слайд

  Примеры электролиза растворов солей:
  на аноде окисляются анионы Сl, а не кислород O молекул воды, так как электроотрицательность хлора меньше, чем кислорода, и следовательно, хлор отдает электроны легче, чем кислород
  на катоде восстанавливаются катионы Cu, а не водород H молекул воды, так как медь стоит правее водорода в ряду напряжений, то есть легче принимает электроны, чем H в воде
  

• 28 слайд

  Сущность электролиза
  В результате электролиза на электродах (катоде и аноде) выделяются соответствующие продукты восстановления и окисления, которые в зависимости от условий могут вступать в реакции с растворителем, материалом электрода и т.п., так называемые вторичные процессы
  Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод, а к положительному полюсу - анод, после чего погружают их в электролизер с раствором или расплавом электролита
  

• 29 слайд

  Восстановительный процесс на катоде в водных растворах:
  Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом, больше, чем у водорода, расположены в ряду стандартных электродных потенциалов после него: Cu2+;Zn2+;Cr3+;Fe2+;…; до Pt4+. При электролизе они почти полностью восстанавливаются на катоде и выделяются в виде металла.
  Катионы металлов с малой величиной стандартного электродного потенциала (металлы начала ряда Li+;Na+;K+;Rb+;…; до Al3+ включительно). При электролизе на катоде они не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды.
  Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом меньшим, чем у водорода, но большим, чем у алюминия (Mn2+;Zn2+;Cr3+;Fe2+;…; до H). При электролизе эти катионы, характеризующиеся средними значениями электроноакцепторной способности, на катоде восстанавливаются одновременно с молекулами воды.
  При электролизе кислородосодержащих кислот и их солей (SO4 2- ; NO3-;PO43- и т.п.) с максимальной степенью окисления неметалла на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды с выделением кислорода.
  
  Сущность электролиза
  

• 30 слайд

  Электрическая энергия
  Химическая энергия
  Электролиз
  Раствор
  NaCl
  Катод(-) <- Na+ + Cl- -> Анод(+)
  H20
  Расплав
  NaCl
  Катод(-) <- Na+ + Cl- -> Анод(+)
  
  Na+ + e => Na0
  2Cl- => Cl20 + 2e
  Восстановление Окисление
  H20 + 2e => H2++
  2Na+
  2OH-
  2Cl- => Cl20 + 2e
  Восстановление Окисление
  Основные положения электродных процессов
  1. На катоде:
  Li, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+
  Zn2+, Cr3+, Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+
  Cu2+, Ag+, Hg2+, Pt2+, Au3+
  H+
  Не восстанавливаются, выделяется H2
  Возможно выделение Me и H2
  Восстанавливаются, выделяется Me
  2. Анодные процессы
  а) Растворимый анод (Cu, Ag, Ni, Cd) подвергается окислению Me =>Men+ +ne
  б) На нерастворимом аноде (графит, платина) обычно окисляются анионы S2-, J-, Br-, Cl-, OH- и молекулы H20:
  2J- =>J20 + 2e; 4OH- =>O2 +2H2O +4e; 2H2O =>O2 +4H+ +4e
  

• 31 слайд

  Применение электролиза
  Электрометаллургия: а) получение активных металлов (K, Na, Ca, Mg, Al и др.) электролизом расплавов природных соединений; б) получение металлов средней активности (Zn, Cd, Co) электролизом растворов их солей.
  В химической промышленности – получение газов: F2, Cl2, H2, O2; щелочей: NaOH, KOH; пероксида водородаH2O2, тяжелой воды D2O и др.
  Электролитическое рафинирование – очистка металлов (Cu, Pb, Sn и др.) от примесей электролизом с применением активных (растворимых) анодов.
  Гальваностегия – нанесение металлических покрытий на поверхность металлического изделия для защиты от коррозии или придания декоративного вида. Например, оцинковка, хромирование, никелирование и пр.
  Гальванопластика – получение металлических копий с различных матриц, а также покрытие неметаллических предметов слоем металлов. Последний процесс (золочение деревянных статуй и ваз) был известен еще в Древнем Египте, но научные основы гальванопластики были заложены русским ученым Б. Якоби в 1838 г.
  
  

• 32 слайд

  Электролиз раствора поваренной соли
  

• 33 слайд

  Электролитическое рафинирование (очистка) меди.
  Неочищенная медь, которая является анодом, растворяется, т. е. переходит в раствор соли меди в виде ионов. Энергия электрического тока расходуется на перенос этих ионов к катоду, их восстановление и осаждение чистой меди (степень чистоты – 99,95%). Примеси (Ag, Au и другие благородные металлы), которые имеют больший стандартный электродный потенциал, не окисляются, а выпадают в осадок на дне ванны, тем самым окупая расходы на проведение рафинирования меди. Данный процесс – одно их старейших электрохимических производств. Впервые этот метод был применен в России в 1847 г.
  

• 34 слайд

  Гальваностегия
  

• 35 слайд

  Выводы
  
  Катод – электрод, на котором происходит процесс восстановления.
  Анод – электрод, на котором происходит процесс окисления.
  Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, обусловленный подводом электрической энергии извне.
  
  
  
  
  

• 36 слайд

  http://www.alhimik.ru/
  Л.В. Вятченникова. Электролиз.//Химия. Приложение к газете «Первое сентября», №24, 1998
  А.Ф. Аспицкая. К изучению электролиза в курсе химии, Химия в школе, «Педагогика»,1991
  Г.М. Чернобельская, И.Н. Чертков Химия, «Учебная литература для медицинских училищ». М.: Медицина, 1986г.
  http://scientificpage.net/elektroliz/
  http://www.chemport.ru/electrolysis.shtml
  http://scientificpage.net/elektroliz/index2.html
  
  
  
  Источники информации: