Электролиз

Электролиз
Электролиз
Термины:
Катод – (-) заряженный электрод
(происходит восстановление).
Анод – (+) заряженный электрод
(происходит окисление).
Электролизёр
(ванна для электролиза) – ёмкость, в
которой находится расплав или раствор
электролита и через которую с помощью
электродов (металлические или графитовые)
пропускают электрический ток.
Электролиз – это окислительновосстановительный процесс, протекающий
на электродах в растворах или расплавах
электролитов при пропускании
электрического тока.
Сущность электролиза заключается в том,
что за счет электрической энергии
осуществляется химическая реакция,
которая не может протекать
самопроизвольно.
Электролиз в расплавах
На катоде происходит процесс восстановления
•
В расплавах катионы металла
восстанавливаются до свободного металла:
Мn+ + nē = М0
Электролиз в расплавах
На аноде происходит процесс окисления
• В расплавах анионы бескислородных кислот
(кроме фторидов) окисляются до
соответствующего простого вещества,
например:
2Cl– – 2ē = Cl20
• Кислородсодержащие анионы выделяют
кислород и превращаются в один из оксидов:
SO42– – 2ē = SO20 + O20
Электролиз расплава NaCl
К(-)
NaCl
↓
← Na+ + Cl- →
Na+ + 1ē = Na0
А(+)
2Cl- - 2ē = Cl2
электролиз
2NaCl
2Na + Cl2
Электролиз расплава CuCl2
К(-)
CuCl2
А(+)
↓
← Cu2+ + 2Cl- →
Cu2+ + 2ē = Cu 0
2Cl- - 2ē = Cl2
электролиз
CuCl2
Cu + Cl2
Электролиз расплава NaOH
К(-)
NaOH
↓
← Na+ + OH- →
Na+ + 1ē = Na0
А(+)
4OH- - 4ē = 2 H2O + O2↑
электролиз
4NaOH
4Na + O2↑ +2H2O
Электролиз в растворах
(процесс на катоде)
• В растворах процесс на катоде не
зависит от материала
катода, а зависит от активности восстанавливаемого металла.
а) Если металл расположен в ряду напряжений от Li до Al
включительно, то на катоде идет процесс
восстановления воды:
2Н2О + 2ē = H20 + 2OH–
Электролиз в растворах
(процесс на катоде)
б) Если металл расположен в ряду напряжений между Al и H2,
то на катоде идут одновременно процессы восстановления
воды и катионов металла:
2Н2О + 2ē = H20 + 2OH–
Мn+ + nē = М0
в) Если металл расположен в ряду напряжений после Н2, то на
катоде идет процесс восстановления катионов металла:
Мn+ + nē = М0
При электролизе растворов кислот идет процесс
восстановления ионов водорода:
2Н+ + 2ē = H20
Процесс на аноде
В растворах процесс на аноде зависит от
материала анода и от природы аниона.
Аноды могут быть двух видов – растворимые
(железо, медь, цинк, серебро и все металлы,
которые окисляются в процессе электролиза) и
нерастворимые, или инертные (уголь, графит,
платина, золото)
а) Если анод растворимый, то независимо от
природы аниона всегда идет окисление металла
анода, например:
Cu0 – 2ē = Cu2+
Процесс на аноде
б) Если анод инертный, то в случае бескислородных
анионов (кроме фторидов) идет окисление анионов:
2Cl– – 2ē = Cl20
В случае кислородсодержащих анионов и фторидов идет
процесс окисления воды, анион при этом не окисляется
и остается в растворе:
2H2O – 4ē = O20 + 4H+
При электролизе растворов щелочей идет окисление
гидроксид-ионов:
4OH– – 4ē = O20 + 2H2O
Электролиз раствора NaCl
на инертном аноде
К(-)
NaCl
↓
← Na+ + Cl- →
2Н2О + 2ē = H2 + 2OH-
А(+)
2Cl- - 2ē = Cl2↑
электролиз
2NaCl + 2H2O
H2 + Cl2 +2NaOH
Электролиз раствора CuSO4
на инертном аноде
К(-)
CuSO4
↓
← Cu2+ + SO42- →
Cu2+ + 2ē = Cu0
2CuSO4 + 2H2O
А(+)
2H2O – 4ē = O2↑ + 4H+
электролиз
2Cu +O2 + 2H2SO4
Электролиз раствора NaCl
на растворимом аноде
К(-)
NaCl
↓
← Na+ + Cl- →
Cu2+ + 2ē = Cu0
А(+)
(Cu)
Cu0 – 2ē =Cu2+
(т.к. Cu2+ в ряду напряжений
стоят после H+)
Происходит переход ионов меди с анода на катод.
Концентрация NaCl в растворе не меняется.
Электролиз солей карбоновых кислот
CH3CH2COONa
-К
-A
Na+:
H2O:
H2O
CH3CH2COO- + Na+
2H2O + 2ē = H20 + 2OHАнод = графит – инертный!
CH3CH2COOO- - ē = CH3CH2COO· свободный
радикал, неустойчив
CH3CH2COO· = CO2 + C2H5· свободный радикал,
неустойчив
CH3CH2· + C2H5· = CH3CH2–CH2CH3
2CH3CH2COONa + 2H2O =
= H2 + 2NaOH + 2CO2 + CH3CH2-CH2CH3
Алгоритм составления уравнения, описывающего
процессы, происходящие при электролизе
1) Составить уравнение диссоциации
2) Определить, какие частицы находятся около катода
3) Определить, какие частицы будут восстанавливаться на
катоде и составить уравнения реакций восстановления
4) Определить тип анода и какие частицы будут находится
около анода
5) Определить, какие частицы будут окисляться на аноде и
составить уравнение реакции окисления
6) Составить молекулярное уравнение процесса
Пример
Составить уравнение электролиза водного раствора
сульфата меди (II) CuSO4 с графитовыми электродами.
CuSO4
2+:
Cu
-К
-A
Cu2+ + SO42H2O
Cu2+ + 2e = Cu0
·2
Анод = графит – инертный!
SO42-: Кислородсодержащий (не окисляется)
H2O:
2H2O – 4e = O20 + 4H+
·1
Электронное уравнение:
2Cu2+ + 4ē + 2H2O – 4ē = 2Cu0 + O20 + 4H+
Молекулярное уравнение:
2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + O2 + 2H2SO4
Составить уравнение электролиза водного раствора
хлорида натрия с графитовыми электродами.
Применение электролиза
Получение чистых металлов (рафинирование)
– Zn, Cu, Cd,… - электролиз с растворимым анодом.
Выделение металлов из растворов
Ag, Cd, Au, …
Нанесение гальванических покрытий
Получение активных металлов
при электролизе расплавов (Na, K, Ca, Al, …)
Получение различных веществ
(Cl2, H2, NaOH, анилин, …)
Спасибо за
внимание!