Электролиз

 
 
 
 

Электролиз 

Выполнил:

ученик 11А  класса

МОУСОШ  №1

Бичурин  Руслан 

Руководитель:

Учитель  химии МОУСОШ №1

Половикова  Н.А

 
 
 
 

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^-, NO^3-, SO^42-, OH^-, Cl^-, Br^-, I^-, S^2- 

Увеличение восстановительной  активности ионов

 
 
 
 
 
 
 

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

 
 
 
 
 
 
 

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^-, S^2-, 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 

                                                               

 
 
 
 

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

 
 
 
 

                        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

 
 
 
 

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

 
 
 
 

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

 
 
 
 

           Преимущества электролиза перед химическим методами получения целевых продуктов

заключаются в возможности  сравнительно просто (регулируя  ток) управлять скоростью и селективной  направленностью реакций. Условия  электролиза легко контролировать, благодаря чему можно осуществлять  процессы как в самых "мягких", так и в наиболее "жёстких" условиях окисления или восстановления, получать сильнейшие окислители  и восстановители, используемые  в науке и технике.  

        Электролиз - основной метод промышленного производства алюминия, хлора и  едкого натра, важнейший способ получения фтора, щелочных и щелочноземельных металлов, эффективный метод рафинирования металлов.  

         

Применение электролиза 

Путём электролиза  воды производят водород и  кислород. Электрохимический метод  используется для синтеза органических  соединений различных классов  и многих окислителей (персульфатов, перманганатов, перхлоратов, перфторорганических  соединений и др.).  

Применение электролиза  для обработки поверхностей включает  как катодные процессы гальванотехники (в машиностроении, приборостроении, авиационной, электротехнической, электронной  промышленности), так и анодные  процессы полировки, травления, размерной  анодно-механической обработки, оксидирования (анодирования) металлических изделий (см. также Электрофизические и  электрохимические методы обработки).  

Путём электролиза  в контролируемых условиях осуществляют  защиту от коррозии металлических  сооружений и конструкций (анодная  и катодная защита). 

 
 
 
 

Электрохимическое процессы широко применяют в различных областях современной техники, в аналитической химии, биохимии и т.д.

     В химической промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически чистые водород и кислород и т.д. При этом одни вещества получают восстановлением на катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокислением на аноде (хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.) 

      Гальванотехника - область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику.