Электролиз солей правила

Электролиз расплавов солей

Для получения высокоактивных металлов (натрия, алюминия, магния, кальция и др.), легко вступающих во взаимодействие с водой, применяют электролиз расплава солей или оксидов:

Электролиз солей правила

Электродные процессы могут быть выражены полуреакциями:

на катоде K(-): Сu2+ + 2e = Cu0
— катодное восстановление

на аноде A(+): 2Cl — 2e = Cl2
— анодное окисление

Общая реакция электрохимического разложения вещества представляет собой сумму двух электродных полуреакций, и для хлорида меди она выразится уравнением:

Cu2+ + 2 Cl = Cu + Cl2

При электролизе щелочей и солей оксокислот на аноде выделяется кислород:

4OH — 4e = 2H2O + O2

2SO42– — 4e = 2SO3 + O2

Электролиз солей правила

Электролиз растворов

Совокупность окислительно-восстановительных реакций, которые протекают на электродах в растворах или расплавах электролитов при пропускании через них электрического тока, называют электролизом.

На катоде «-»
источника тока происходит процесс передачи электронов катионам из раствора или расплава, поэтому катод является «восстановителем».

На аноде «+»
происходит отдача электронов анионами, поэтому анод является «окислителем».

При электролизе как на аноде, так и на катоде могут происходить конкурирующие процессы.

При проведении электролиза с использованием инертного (нерасходуемого) анода (например, графита или платины), как правило, конкурирующими являются два окислительных и два восстановительных процесса:
на аноде
— окисление анионов и гидроксид-ионов,
на катоде
— восстановление катионов и ионов водорода.

При проведении электролиза с использованием активного (расходуемого) анода процесс усложняется и конкурирующими реакциями на электродах являются:
на аноде
— окисление анионов и гидроксид-ионов, анодное растворение металла — материала анода;
на катоде
— восстановление катиона соли и ионов водорода, восстановление катионов металла, полученных при растворении анода.

При выборе наиболее вероятного процесса на аноде и катоде следует исходить из положения, что будет протекать та реакция, для которой требуется наименьшая затрата энергии. Кроме того, для выбора наиболее вероятного процесса на аноде и катоде при электролизе растворов солей с инертным электродом используют следующие правила:

а) при электролизе растворов, содержащих в своем составе анионы SO42-, NО3, РО43-, а также растворов щелочей на аноде окисляется вода и выделяется кислород;

А+ 2H2O — 4e = 4H+ + O2

б) при окислении анионов Сl, Вr, I выделяются соответственно хлор, бром, иод;

А+ Cl +e = Cl0

а) при электролизе растворов солей, содержащих ионы, расположенные в ряду напряжений левее Аl3+, на катоде восстанавливается вода и выделяется водород;

К 2H2O + 2e = H2 + 2OH

б) если ион металла расположен в ряду напряжений правее водорода, то на катоде выделяется металл.

К Men+ + ne = Me0

в) при электролизе растворов солей, содержащих ионы, расположенные в ряду напряжений между Al+ и Н+ , на катоде могут протекать конкурирующие процессы как восстановления катионов, так и выделения водорода.

Диссоциация нитрата серебра:

АgNО3 = Аg+ + NO3

При электролизе водного раствора АgNО3 на катоде происходит восстановление ионов Аg+, а на аноде — окисление молекул воды:

Катод: Аg+ + е = А g

Анод: 2Н2О — 4е = 4Н+ + О2

Суммарное уравнение:______________________________________________

4AgNО3 + 2Н2О = 4Ag + 4НNО3 + О2

Составьте схемы электролиза водных растворов: а) сульфата меди; б) хлорида магния; в) сульфата калия.

Во всех случаях электролиз проводится с использованием угольных электродов.

Диссоциация хлорида меди:

CuCl2 ↔ Сu2+ + 2Cl

В растворе находятся ионы Си2+ и 2Сl, которые под действием электрического тока направляются к соответствующим электродам:

Катод Cu2+ + 2e = Cu0

Анод+ 2Cl — 2e = Cl2

_______________________________

CuCl2 = Cu + Cl2

На катоде выделяется металлическая медь, на аноде — газообразный хлор.

Если в рассмотренном примере электролиза раствора CuCl2 в качестве анода взять медную пластинку, то на катоде выделяется медь, а на аноде, где происходят процессы окисления, вместо разрядки ионов Сl0 и выделения хлора протекает окисление анода (меди).

В этом случае происходит растворение самого анода, и в виде ионов Сu2+ он переходит в раствор.

Электролиз CuCl2 с растворимым анодом можно записать так:

Электролиз солей правила

Электролиз растворов солей с растворимым анодом сводится к окислению материала анода (его растворению) и сопровождается переносом металла с анода на катод. Это свойство широко используется при рафинировании (очистке) металлов от загрязнений.

Диссоциация хлорида магния в водном растворе:

MgCl2 ↔ Mg2++2Сl

Ионы магния не могут восстанавливаться в водном растворе (идет восстановление воды), хлорид-ионы — окисляются.

Схема электролиза:

Электролиз солей правила

В растворе сульфат меди диссоциирует на ионы:

СuSО4  = Сu2+ + SO42-

Ионы меди могут восстанавливаться на катоде в водном растворе.

Сульфат-ионы в водном растворе не окисляются, поэтому на аноде будет протекать окисление воды.

Схема электролиза:

Электролиз солей правила

Электролиз водного раствора соли активного металла и кислородсодержащей кислоты (К24) на инертных электродах

К24  = 2К+ + SO42-

Ионы калия и сульфат-ионы не могут разряжаться на электродах в водном растворе, следовательно, на катоде будет протекать восстановление, а на аноде — окисление воды.

Схема электролиза:

Электролиз солей правила

или, учитывая, что 4Н+ + 4ОН = 4Н2О (осуществляется при перемешивании),

H2O Электролиз солей правила 2H2 + O2

Если пропускать электрический ток через водный раствор соли активного металла и кислородсодержащей кислоты, то ни катионы металла, ни ионы кислотного остатка не разряжаются.

На катоде выделяется водород, а на аноде — кислород, и электролиз сводится к электролитическому разложению воды.

Электролиз солей правила

Электролиз воды проводится всегда в присутствии инертного электролита (для увеличения электропроводности очень слабого электролита — воды):

Электролиз солей правила

Зависимость количества вещества, образовавшегося под действием электрического тока, от времени, силы тока и природы электролита может быть установлена на основании обобщенного закона Фарадея:

Электролиз солей правила

где m
— масса образовавшегося при электролизе вещества (г);

Э
— эквивалентная масса вещества (г/моль);

М
— молярная масса вещества (г/моль);

n
— количество отдаваемых или принимаемых электронов;

I
— сила тока (А);
t
— продолжительность процесса (с);

F
— константа Фарадея, характеризующая количество электричества, необходимое для выделения 1 эквивалентной массы вещества
(F = 96 500 Кл/моль = 26,8 Ач/моль).

Гидролиз неорганических соединений

Взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию молекул слабого электролита, называют гидролизом солей.

Если рассматривать соль как продукт нейтрализации основания кислотой, то можно разделить соли на четыре группы, для каждой из которых гидролиз будет протекать по-своему.

1. Соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой KBr, NaCl, NaNO3), гидролизу подвергаться не будет, так как в этом случае слабый электролит не образуется. Реакция среды остается нейтральной.

2. В соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой FeCl2, NH4Cl, Al2(SO4)3, MgSO4) гидролизу подвергается катион:

FeCl2 + HOH → Fe(OH)Cl + HCl

Fe2+ + 2Cl + H+ + OH → FeOH+ + 2Cl + Н+

В результате гидролиза образуется слабый электролит, ион H+ и другие ионы. рН раствора < 7 ( раствор приобретает кислую реакцию).

3. Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой (КClO, K2SiO3, Na2CO3, CH3COONa) подвергается гидролизу по аниону, в результате чего образуется слабый электролит, гидроксид ион и другие ионы.

K2SiO3 + НОH → KHSiO3 + KОН

2K+ +SiO32- + Н+ + ОH → НSiO3 + 2K+ + ОН

рН таких растворов > 7 ( раствор приобретает щелочную реакцию).

4. Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой ( СН3СООNН4, (NН4)2СО3, Al2S3) гидролизуется и по катиону, и по аниону. В результате образуется малодиссоциирующие основание и кислота. рН растворов таких солей зависит от относительной силы кислоты и основания.

Алгоритм написания уравнений реакций гидролиза соли слабой кислоты и силиного основания

Различают несколько вариантов гидролиза солей:

1. Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания: (CH3COONa, KCN, Na2CO3).

Пример 1. Гидролиз ацетата натрия.

Электролиз солей правила

или CH3COO + Na+ + H2O ↔ CH3COOH + Na+ + OH

CH3COO + H2O ↔ CH3COOH + OH

Так как уксусная кислота слабо диссоциирует, ацетат-ион связывает ион H+, и равновесие диссоциации воды смещается вправо согласно принципу Ле Шателье.

В растворе накапливаются ионы OH ( pH >7)

Если соль образована многоосновной кислотой, то гидролиз идет ступенчато.

Если соль образована многоосновной кислотой, то гидролиз идет ступенчато.

Например, гидролиз карбоната: Na2CO3

I ступень: CO32– + H2O ↔ HCO3 + OH

II ступень: HCO3 + H2O ↔ H2CO3 + OH

Na2CO3 + Н2О = NaHCO3 + NaOH

( pH >7)

Практическое значение обычно имеет только процесс, идущий по первой ступени, которым, как правило, и ограничиваются при оценке гидролиза солей.

Равновесие гидролиза по второй ступени значительно смешено влево по сравнению с равновесием первой ступени, поскольку на первой ступени образуется более слабый электролит (HCO3), чем на второй (H2CO3)

Пример 2 . Гидролиз ортофосфата рубидия.

1. Определяем тип гидролиза:

Rb3PO4 ↔ 3Rb+ + PO43–

Рубидий – щелочной металл, его гидроксид — сильное основание, фосфорная кислота, особенно по своей третьей стадии диссоциации, отвечающей образованию фосфатов, — слабая кислота.

Идет гидролиз по аниону.

2. Пишем ионное уравнение гидролиза, определяем среду:

PO3-4+ H–OH ↔ HPO2-4 + OH.

Продукты — гидрофосфат- и гидроксид-ионы, среда – щелочная.

3. Составляем молекулярное уравнение:

Rb3PO4 + H2O ↔ Rb2HPO4 + RbOH.

Получили кислую соль – гидрофосфат рубидия.

Алгоритм написания уравнений реакций гидролиза соли сильной кислоты и слабого основания

2. Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания: NH4NO3, AlCl3, Fe2(SO4)3.

Пример 1. Гидролиз нитрата аммония.

Электролиз солей правила

NH4+ + NO3 + H2O ↔ NH4OH + NO3 + H+

NH4+ + H2O ↔ NH4OH + H+

(pH<7)

В случае многозарядного катиона гидролиз протекает ступенчато, например:

I ступень : Cu2+ + HOH ↔ CuOH+ + H+

II ступень : CuOH+ + HOH ↔ Cu(OH)2 + H+

СuСl2 + Н2О = CuOHCl + HCl

( pH <7)

При этом концентрация ионов водорода и pH среды в растворе также определяются главным образом первой ступенью гидролиза.

Пример 2. Гидролиз сульфата меди(II)

1. Определяем тип гидролиза. На этом этапе необходимо написать уравнение диссоциации соли:

CuSO4Cu2+ + SO2-4.

Соль образована катионом слабого основания (подчеркиваем) и анионом сильной кислоты. Идет гидролиз по катиону.

2. Пишем ионное уравнение гидролиза, определяем среду:

Cu2+ + H-OH ↔ CuOH+ + H+.

Образуется катион гидроксомеди(II) и ион водорода, среда – кислая.

3. Составляем молекулярное уравнение.

Надо учитывать, что составление такого уравнения есть некоторая формальная задача. Из положительных и отрицательных частиц, находящихся в растворе, мы составляем нейтральные частицы, существующие только на бумаге. В данном случае мы можем составить формулу (CuOH)2SO4, но для этого наше ионное уравнение мы должны мысленно умножить на два.

Получаем:

2CuSO4 + 2H2O ↔ (CuOH)2SO4 + H2SO4.

Обращаем внимание, что продукт реакции относится к группе основных солей. Названия основных солей, как и названия средних, следует составлять из названий аниона и катиона, в данном случае соль назовем «сульфат гидроксомеди(II)».

Алгоритм написания уравнений реакций гидролиза соли слабой кислоты и слабого основания

3. Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания:

Пример 1. Гидролиз ацетата аммония.

Электролиз солей правила

CH3COO + NH4+ + H2O ↔ CH3COOH + NH4OH

В этом случае образуются два малодиссоциированных соединения, и pH раствора зависит от относительной силы кислоты и основания.

Если продукты гидролиза могут удаляться из раствора, например, в виде осадка или газообразного вещества, то гидролиз протекает до конца.

Пример 2. Гидролиз сульфида алюминия.

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OН)3 + 3H2S

2А l3+ + 3 S2- + 6Н2О = 2Аl(OН)3(осадок) + ЗН2S (газ)

Пример 3. Гидролиз ацетата алюминия

1. Определяем тип гидролиза:

Al(CH3COO)3 = Al3+ + 3CH3COO.

Соль образована катионом слабого основания и анионами слабой кислоты.

2. Пишем ионные уравнения гидролиза, определяем среду:

Al3+ + H–OH ↔ AlOH2+ + H+,

CH3COO + H–OH ↔ CH3COOH + OH.

Учитывая, что гидроксид алюминия очень слабое основание, предположим, что гидролиз по катиону будет протекать в большей степени, чем по аниону. Следовательно, в растворе будет избыток ионов водорода, и среда будет кислая.

Не стоит пытаться составлять здесь суммарное уравнение реакции. Обе реакции обратимы, никак друг с другом не связаны, и такое суммирование бессмысленно.

3 . Составляем молекулярное уравнение:

Al(CH3COO)3 + H2O = AlOH(CH3COO)2 + CH3COOH.

Это тоже формальное упражнение, для тренировки в составлении формул солей и их номенклатуре. Полученную соль назовем ацетат гидроксоалюминия.

Алгоритм написания уравнений реакций гидролиза соли сильной кислоты и сильного основания

4. Соли, образованные сильной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются, т.к. единственным малодиссоциирующим соединением является H2O.

Соль сильной кислоты и сильного основания не подвергается гидролизу, и раствор нейтрален.

261. При электролизе соли трехвалентного металла ток силой в 3 А в течение 2 часов выделил на катоде 4,18 г металла. Определите, какой это металл. Напишите уравнения катодного и анодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза расплава и водного раствора карбоната натрия с платиновым анодом.

262. На электролиз водного раствора нитрата серебра израсходовано 12500 Кл электричества. Вычислите массу выделяющихся на угольных электродах веществ. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза.

263. При рафинировании меди током 4,5 А за 1,5 часа выделяется 7,5 г меди. Рассчитайте выход по току. Напишите уравнения катодного и анодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза водного раствора Pb(NO3)2 : а) с угольным анодом; б) со свинцовым анодом.

264. Вычислите время, в течение которого должен быть пропущен ток в 1,5 А через раствор цинковой соли, чтобы покрыть пластину цинком массой 2 г. Выход по току 85%. Одинаковы ли продукты электролиза водного раствора BaCl2: а) с платиновым анодом; б) с цинковым анодом? Ответ подтвердите соответствующими уравнениями реакций.

265. Электрический ток силой 5 А пропускали в течение 1 ч 30 мин 15 секунд через водный раствор KI. Какие вещества и в каком количестве выделятся за это время на угольных электродах? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза.

266. Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах при электролизе раствора NaCl течение 45 мин при силе тока 10 А? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза.

267. Как изменится за 1,5 часа масса цинкового анода при электролизе раствора Na3PO4 при силе тока 5 А? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза.

268. Ток силой 1 А в течение 80 мин выделил 2,5 г свинца из раствора Pb(NO3)2. Вычислите выход по току. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза водного раствора и расплава.

269. Какие вещества и в каких количествах образуются при электролизе расплава 214 г NaCl? Сколько времени будет длиться электролиз, если сила тока равна 25 А? Одинаковы ли продукты электролиза водного раствора NaCl: а) с угольным анодом; б) с кадмиевым анодом? Ответ подтвердите соответствующими уравнениями реакций.

270. Найдите объем водорода, который выделится при пропускании тока силой в 5 А в течение 3,5 ч через водный раствор серной кислоты. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза раствора Н24 с инертным анодом.

271. Сколько времени потребуется на электролиз раствора KCl при силе тока 5 А, чтобы выделить хлор объемом 11,2 л (н.у.), если выход по току составляет 90%? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза.

272. При электролизе одного из соединений олова ток силой в 2,5А за 20 мин выделил на электродах металл массой 0,9 г. Чему равна валентность олова в этом соединении. Какие продукты могут быть получены при электролизе раствора SnSO4 с графитовыми электродами.

273. Сколько времени потребуется, чтобы нанести на пластинку слой цинка массой 5 г, если сила тока 8 А, выход по току 85%? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза раствора нитрата цинка с графитовыми электродами.

274. Какой силы ток следует пропустить через раствор поваренной соли в течение 1 час 40мин 10 сек, чтобы на катоде выделилось 10 л водорода? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза: а) если анод угольный, б) если анод кадмиевый.

275. Ток последовательно проходит через два электролизера, в которых содержатся водные растворы: а) CdSO4; б) MgCl2. Какие вещества и в каком количестве выделятся на катодах, если известно, что у анода второго электролизера выделилось 1,2л хлора? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза.

276. Вычислите силу тока, зная, что при электролизе раствора фторида натрия в течение 1 ч 15 мин 20 сек на катоде выделилось 0,56 л водорода. Какое вещество и в каком количестве выделится на аноде? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза.

277. При пропускании тока в течение 10 минут через раствор серной кислоты выделяется 0,06 л гремучего газа (1 часть кислорода и 2 части водорода), измеренного при н.у. Какова сила тока? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза раствора серной кислоты с медным анодом.

278. При какой силе тока можно получить на катоде 1,5г свинца, подвергая электролизу раствор нитрата свинца в течение 55 мин? Какова масса вещества, выделившегося на аноде? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза с инертным анодом.

279. Амперметр, включенный последовательно с электролизером с раствором сульфата цинка, показывает силу тока 1,5 А. Верен ли амперметр, если за 15 мин выделилось 455 мг цинка? Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза раствора и расплава сульфата цинка с инертным анодом.

280. Вычислите массы веществ, образующихся в прикатодном и прианодном пространстве, при электролизе раствора K2SO4 в течение 0,5 ч и силе тока 5 А. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза.

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

281. В каком случае цинк корродирует быстрее: в контакте с никелем, железом или с висмутом? Ответ поясните. Напишите для всех случаев уравнение электрохимической коррозии в серной кислоте. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на кальции, обладать защитными свойствами?

282. Приведите примеры двух металлов, пригодных для протекторной защиты железа. Для обоих случаев напишите уравнение электрохимической коррозии во влажной среде, насыщенной кислородом. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на алюминии, обладать защитными свойствами?

283. Деталь сделана из сплава, в состав которого входит магний и марганец. Какой из компонентов сплава будет разрушаться при электрохимической коррозии? Ответ подтвердите уравнениями анодного и катодного процесса коррозии: а) в кислой среде; б) в кислой среде, насыщенной кислородом. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на олове, обладать защитными свойствами?

284. С целью защиты от коррозии цинковое изделие покрыли оловом. Какое это покрытие: анодное или катодное? Напишите уравнение атмосферной коррозии данного изделия при нарушении целостности покрытия. Оценить коррозионную стойкость алюминия в серной кислоте, если убыль массы алюминиевой пластины размером 70х20х1 мм составила после 8 суток испытания 0,0348 г.

285. Если на стальной предмет нанести каплю воды, то коррозии подвергается средняя, а не внешняя часть смоченного металла. Чем это можно объяснить? Какой участок металла, находящийся под влиянием капли, является анодным, а какой катодным? Составьте электронные уравнения соответствующих процессов. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на никеле, обладать защитными свойствами?

286. В подкисленный серной кислотой раствор бихромата калия поместили две железные пластины, одна из которых частично покрыта цинком, а другая — оловом. Напишите для обоих случаев уравнение анодного и катодного процессов. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на вольфраме, обладать защитными свойствами?

287. Сплав содержит железо и никель. Какой из названных компонентов будет разрушаться при атмосферной коррозии? Приведите уравнение анодного и катодного процессов. Оценить коррозионную стойкость цинка на воздухе при высоких температурах. Образец цинка размером 50х30х1 мм после 180 часов окисления и снятия продуктов коррозии весил 10,6032 г.

288.С целью защиты от коррозии железное изделие покрыли оловом. Какое это покрытие: анодное или катодное? Напишите уравнения анодного и катодного процессов коррозии в кислой среде при нарушении целостности покрытия. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на магнии, обладать защитными свойствами?

289. Почему химически чистое железо является более стойким против коррозии, чем техническое железо? Составьте уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в азотной кислоте. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на свинце, обладать защитными свойствами?

290. Приведите примеры двух металлов, пригодных для протекторной защиты никеля. Для обоих случаев напишите уравнение электрохимической коррозии в среде азотной кислоты. Оценить коррозионную стойкость кадмия на воздухе при высоких температурах. Образец кадмия размером 45х25х1 мм после 150 часов окисления и снятия продуктов коррозии весил 10,0031 г.

291. Деталь сделана из сплава, в состав которого входит алюминий и висмут. Какой из компонентов сплава будет разрушаться при электрохимической коррозии? Ответ подтвердите уравнениями анодного и катодного процесса коррозии: а) в кислой среде; б) в кислой среде хромата калия, подкисленного соляной кислотой. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на барии, обладать защитными свойствами?

292. Если гвоздь вбить во влажное дерево, то ржавчиной покрывается та его часть, которая находится внутри дерева. Чем это можно объяснить? Анодом или катодом является эта часть гвоздя? Составьте электронные уравнения соответствующих процессов. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на кобальте, обладать защитными свойствами?

293. Цинковую и оловянную пластинки опустили в раствор соляной кислоты. Что при этом происходит? Напишите уравнения реакций. Что изменится, если концы пластин соединить проводником? Напишите соответствующие уравнения. Оценить коррозионную стойкость титана в концентрированной серной кислоте. Титановая пластина размером 75х50х0,5 мм весила после 6 суток испытания 7,343 г.

294. Магний спаян с медью и находится во влажном воздухе. Напишите уравнения коррозии. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на титане, обладать защитными свойствами?

295. Серебро не вытесняет водород из соляной кислоты, но если к нему прикоснуться цинковой палочкой, то на серебре начинает бурно выделяться водород. Почему? Напишите электронные уравнения. Будут ли оксидные пленки, образующиеся на железе, обладать защитными свойствами?

296. Какое покрытие: магниевое или кадмиевое надежней защитит железное изделие от коррозии? Почему? Напишите уравнения коррозии в кислой среде для обоих случаев. Будут ли оксидные пленки, образующиеся на хроме, обладать защитными свойствами?

297. Чем отличается коррозия сплава, состоящего из меди и олова, в бензине, содержащем растворенный кислород и примеси серы, от коррозии этого же сплава в воде, содержащей растворенный кислород и ионы водорода? Напишите уравнения реакций для обоих случаев. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на серебре, обладать защитными свойствами?

298. Какой из перечисленных металлов: калий, свинец, алюминий или магний подойдет в качестве протектора для защиты кобальта? Напишите электронные уравнения процессов коррозии в кислой среде, содержащей растворенный кислород. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на бериллии, обладать защитными свойствами?

299. Медь покрыта оловом. Напишите уравнения электродных процессов во влажном воздухе при нарушении покрытия. Будет ли оксидная пленка, образующаяся на цинке, обладать защитными свойствами?

300. Каковы продукты атмосферной коррозии оцинкованного железа и луженого железа? Напишите уравнения электродных процессов. Будут ли оксидные пленки, образующиеся на меде, обладать защитными свойствами?

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 апреля 2022 года; проверки требуют 5 правок.

Электролиз солей правила

Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Электролиз является одним из лучших способов золочения или покрытия металла медью, золотом.

Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создаётся электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Катодом при электролизе называется отрицательный электрод, анодом — положительный[1]. Положительные ионы — катионы (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.

Реакции, происходящие при электролизе на электродах, называются вторичными. Первичными являются реакции диссоциации в электролите. Разделение реакций на первичные и вторичные помогло Майклу Фарадею установить законы электролиза.

С точки зрения химии, электролиз — окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор электролита.

Применение[править | править код]

Электролиз солей правила

Электролиз солей правила

Электролиз солей правила

Электролиз широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения алюминия, меди, водорода, диоксида марганца[2], пероксида водорода. Большое количество металлов извлекается из руд и подвергается переработке с помощью электролиза (электроэкстракция, электрорафинирование). Также электролиз является основным процессом, благодаря которому функционирует химический источник тока.

Электролиз находит применение в очистке сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации).

Применяется для получения многих веществ (металлов, водорода, хлора и др.), при нанесении металлических покрытий (гальваностегия), воспроизведении формы предметов (гальванопластика).

Первый закон Фарадея[править | править код]

В 1832 году Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит:

, если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I.

Коэффициент пропорциональности называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

Вывод закона Фарадея[править | править код]

(1)
(2)
(3)
(4)
, (5)
где z — валентность атома (иона) вещества,
e — заряд электрона
Подставляя (2)-(5) в (1), получим
,

где  — постоянная Фарадея.

Второй закон Фарадея[править | править код]

Электрохимические эквиваленты различных веществ пропорциональны их молярным массам и обратно пропорциональны числам, выражающим их химическую валентность.

Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы иона к его валентности . Поэтому электрохимический эквивалент

,

где  — постоянная Фарадея.

Второй закон Фарадея записывается в следующем виде:

,
где  — молярная масса данного вещества, образовавшегося (однако не обязательно выделившегося — оно могло и вступить в какую-либо реакцию сразу после образования) в результате электролиза, г/моль
 — сила тока, пропущенного через вещество или смесь веществ (раствор, расплав), А
 — время, в течение которого проводился электролиз, с
 — постоянная Фарадея, Кл·моль−1
 — число участвующих в процессе электронов, которое при достаточно больших значениях силы тока равно абсолютной величине заряда иона (и его противоиона), принявшего непосредственное участие в электролизе (окисленного или восстановленного)
Однако это не всегда так; например, при электролизе раствора соли меди(II) может образовываться не только свободная медь, но и ионы меди(I) (при небольшой силе тока).

Изменение электролизом веществ[править | править код]

Не все вещества будут электролизироваться при пропускании электрического тока. Существуют некоторые закономерности и правила.

Катионы активных металлов Катионы менее активных металлов Катионы неактивных металлов
Li+, Cs+, Rb+, K+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Na+, Mg2+, Be2+, Al3+ Mn2+, Cr3+, Zn2+, Ga3+, Fe2+, Cd2+, In3+, Tl+, Co2+, Ni2+, Mo4+, Sn2+, Pb2+ Bi3+, Cu2+, Ag+, Hg2+, Pd3+, Pt2+, Au3+
Тяжело разряжаются (только из расплавов), в водном растворе электролизу подвергается вода с выделением водорода В водном растворе восстанавливается металл (при малой концентрации катионов в растворе — металл и водород) Легко разряжаются, и восстанавливается только металл
Анионы кислородсодержащих кислот и фторид-ион Гидроксид-ионы; анионы бескислородных кислот (кроме F)
PO43−, CO32−, SO42−, NO3, NO2, ClO4, F OH, Cl, Br, I, S2−
Тяжело разряжаются (только из расплавов), в водном растворе электролизу подвергается вода с выделением кислорода Легко разряжаются

Примеры[править | править код]

напряжение разное на аноде катоде
конечные уровнения не содержат всех данных (раствора как вода или растворенных веществ)

Расплавы[править | править код]

Активные металлы, менее активные металлы и неактивные металлы в расплавах ведут себя одинаково.

Соль активного металла и бескислородной кислоты Соль активного металла и кислородсодержащей кислоты Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион

K(-):

A(+):

Вывод:

K(-):

A(+):

Вывод:

K(-):

A(+):

Вывод:

Растворы[править | править код]

Активные металлы[править | править код]

Соль активного металла и бескислородной кислоты Соль активного металла и кислородсодержащего кислотного остатка Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион

K(-):

A(+):

Вывод:

K(-):

A(+):

Вывод:

K(-):

A(+):

Суммарно:

Вывод:

Менее активные металлы и неактивные металлы[править | править код]

Соль менее активного металла и бескислородной кислоты Соль менее активного металла и кислородсодержащей кислоты Гидроксид

K(-):

A(+):

Вывод:

K(-):

A(+):

Вывод:

Невозможно: гидроксиды неактивных металлов нерастворимы в воде

Мнемоническое правило[править | править код]

Для запоминания катодных и анодных процессов в электрохимии существует следующее мнемоническое правило:

  • У анода анионы окисляются.
  • На катоде катионы восстанавливаются.

В первой строке все слова начинаются с гласной буквы, во второй — с согласной.

Или проще:

  • КАТод — КАТионы (ионы у катода)
  • АНод — АНионы (ионы у анода)

Электролиз в газах[править | править код]

Электролиз в газах, при наличии ионизатора, заключается в том, что при прохождении через них постоянного электрического тока наблюдается выделение веществ на электродах. Законы Фарадея в газах не действительны, но существуют несколько закономерностей:

  1. при отсутствии ионизатора электролиз проводиться не будет, даже при высоком напряжении;
  2. электролизу подвергаются только бескислородные кислоты в газообразном состоянии и некоторые газы;
  3. уравнения электролиза, как в электролитах, так и в газах, всегда остаются постоянными.

См. также[править | править код]

  • Электрохимия
  • Ионная жидкость
  • Алюминий
  • Выпрямитель
  • Инвертор
  • Физические основы
  • Электрофлотация

Примечания[править | править код]

  1. Обратное обозначение знака катода и анода встречается в литературе при описании гальванических элементов
  2. Электросинтез // Химическая энциклопедия.

Ссылки[править | править код]

  • Процессы, протекающие при электролизе
  • Статья «Электролиз» (Химическая энциклопедия)
  • Электродиализ
  • Электрофлотация
  • Учебный фильм «Электролиз»[уточнить]

11 класс

Урок на тему «Электролиз растворов солей»

Цели:

Образовательная:

— Наблюдая, что происходит с расплавами и растворами солей при электролизе, научиться объяснять происходящие процессы на электродах, составлять уравнения химических реакций.

— Закрепить правила:

восстановления катионов на катоде;

окисления анионов на аноде;

— Узнать о применении электролиза в химической промышленности.

Развивающая: совершенствовать умения учащихся анализировать, сравнивать, наблюдать, делать выводы, устанавливать взаимосвязь между физическими и химическими процессами.

Воспитательная: продолжать воспитывать у учащихся культуру умственного труда, положительного отношения к знаниям и их применению в жизни.

Оборудование: персональный компьютер, интерактивная доска, диск с кинофрагментами “Химия и электрический ток”.

I. Проверка знаний домашнего задания

II. Актуализация знаний в ходе проверки основных понятий.

Учитель на интерактивной доске показывает основные понятия, которыми пользовались обучающиеся при изучении темы “Окислительно-восстановительные реакции”, и показывает основные понятия, с которыми обучающиеся будут работать в теме данного урока.

Учитель отмечает знакомые понятия (синий цвет), которые в ходе урока будут дополнены новой информацией.

Основные понятия для темы:

Окислительно-восстановительные реакции”.

Основные понятия для темы:

Электролиз расплавов и растворов солей”.

— Окислительно-восстановительные реакции

— Электролиз

— Электролизёр

— Электрохимический ряд напряжения металлов;

— Электрохимический ряд напряжения металлов;

— Катод

— Катод

— Анод

— Анод

— Катионы

— Катионы

— Анионы

— Анионы

— Процесс окисления

— Процесс окисления

— Процесс восстановления

— Процесс восстановления

Как вы уже поняли, что при изучении данной темы мы будем пользоваться понятиями, которые вам уже известны по теме ОВР, дополним их новой информацией и узнаем несколько новых понятий.

III. Изучение нового материала:

Итак, ребята, на прошедшем уроке мы теоретически рассмотрели процессы, происходящие при электролизе,познакомились с такими понятиями как: электролиз, электролизер, характеристикой электродов.

Фронтальный опрос.

Дайте характеристики катоду и аноду.

Какие виды анодов вы знаете? Чем они отличаются друг от друга?

Какие частицы называются катионами и анионами?

Какие процессы называются окислением, а какие – восстановлением?

Сегодня мы подробно рассмотрим электролиз расплавов и растворов солей.

Итак, тема нашего урока:

Электролиз. Применение электролиза”.

Давайте вспомним, как происходит электролиз расплавов солей.

Рассмотрим схему электролиза расплава бромида натрия. Учащийся записывает схему электролиза расплава на доске, остальные в тетрадях на местах.

Вывод:

При электролизе расплава электролита:

На катоде восстанавливаются катионы;

На аноде окисляются анионы;

— Какие металлы можно получить электролизом расплавов солей?

(Щелочные, щелочно-земельные, алюминий – электролизом расплава оксида в криолите).

Итак, мы выяснили, какие процессы протекают при электролизе расплавов.

А теперь продолжим изучение темы и рассмотрим электролиз растворов солей.

Давайте вспомним порядок разрядки катионов и анионов на инертных электродах.

Рассмотрим электролиз раствора сульфата меди ( II)

Учитель демонстрирует видеофильм “Электролиз раствора сульфата меди (II)”.

После просмотра видеофильма учитель задает вопросы:

— Какой газ выделялся на катоде?

— Почему анод приобрел красный цвет?

— Какой раствор содержится в электролизере после окончания электролиза?

Выделение меди на аноде

В каждом химическом процессе, существуют свои закономерности (это законы Фарадея).

Опираясь на эти правила, запишем схему электролиза раствора сульфата меди (II ) на доске и в тетрадях.

Суммарное уравнение электролиза раствора сульфата меди (II):

Вывод: из раствора сульфата меди( II) на катоде будут восстанавливаться катионы меди (Cu 2+), а на аноде будут окисляться ?

Какое вещество выделилось на аноде?

Вывод: при электролизе раствора иодида калия на катоде из молекул воды будет газы выделяются на аноде и катоде?

Какие вещества образуются в катодном и анодном пространстве?

Вывод: при электролизе раствора сульфата калия электролизу подвергаются только ионы молекулы воды.

Процессы восстановления, протекающие на катоде с катионами (см по электрохимическому ряду напряжений металлов)

Процессы окисления, протекающие на аноде с анионами (см. по ряду окисления анионов).

Сообщения учащихся на тему » Применении электролиза в химической промышленности»

IV. Домашнее задание.

Урок по теме:

«Электролиз расплавов и растворов солей. Применение электролиза»

1 Организационный момент

Здравствуйте, ребята.

— приготовились к уроку химии, проверили наличие рабочих тетрадей;

— аккуратно сели на свои места

— дежурные сообщили об отсутствующих на уроке.

2 Цель урока:

  • Наблюдая, что происходит с расплавами и растворами солей при электролизе, научиться объяснять происходящие процессы на электродах, составлять уравнения химических реакций.

  • Закрепить правила:

а) восстановления катионов на катоде;

б) окисления анионов на аноде;

  • Узнать о применении электролиза в химической промышленности.

3 Актуализация знаний в ходе проверки основных понятий

Учитель на интерактивной доске показывает основные понятия, которыми пользовались обучающиеся при изучении темы «Окислительно-восстановительные реакции», и показывает основные понятия, с которыми обучающиеся будут работать в теме данного урока.

Учитель отмечает знакомые понятия ( синий цвет), которые в ходе урока будут дополнены новой информацией.

Основные понятия для темы:

«Окислительно-восстановительные реакции».

Основные понятия для темы:

«Электролиз расплавов и растворов солей».

-Окислительно-восстановительные реакции

-электролиз

-электролизёр

-электрохимический ряд напряжения металлов;

-электрохимический ряд напряжения металлов;

-катод

-катод

-анод

-анод

-катионы

-катионы

— анионы

— анионы

-процесс окисления

-процесс окисления

-процесс восстановления

-процесс восстановления

Как вы уже поняли, что при изучении данной темы мы будем пользоваться понятиями, которые вам уже известны по теме ОВР, дополним их новой информацией и узнаем несколько новых понятий.

4. Изучение нового материала:

Итак, ребята, на прошедшем уроке мы познакомились с такими понятиями как: электролиз, электролизер, характеристикой электродов.

Фронтальный опрос.

1). Какой процесс называется электролизом?

2). Дайте характеристики катоду и аноду.

3) Какие виды катодов вы знаете? Чем они отличаются друг от друга?

3). Что такое электролизёр?

4. Какие частицы называются катионами и анионами?

5). Какие процессы называются окислением и какие — восстановлением?

На прошедшем уроке мы рассмотрели с вами электролиз расплавов и процессы, которые могут протекать на электродах при электролизе растворов электролитов (солей, кислот и щелочей).

Сегодня мы продолжим изучение данной темы и подробно рассмотрим электролиз растворов солей.

Итак, тема нашего урока:

« Электролиз растворов солей. Применение электролиза».

Открыли тетради и записали тему урока.

Давайте вспомним, как происходит электролиз расплавов солей.

  1. Электролиз расплава солей

Давайте рассмотрим схему электролиза расплава бормида натрия. Учащийся записывает схему электролиза расплава на доске, остальные в тетрадях на местах.

Na Cl → Na+ + Cl

_

K (-) Na+ + 1е → Naº ( восстанавливается ) │ 2

_

A (+) 2Cl → Clº2 ↑ ( окисляется) │ 1

———————————————————

2Na+ + 2Cl→ 2Naº + Clº2

2 NaCl 2Naº + Cl2º↑

Вывод: при электролизе расплава электролита:

на катоде восстанавливаются катионы;

на аноде окисляются анионы;

Какие металлы можно получить электролизом расплавов солей?

(Щелочные, щелочно – земельные, алюминий — электролизом расплава оксида в криолите).

Итак, мы выяснили, какие процессы протекают при электролизе расплавов.

А теперь продолжим изучение темы и рассмотрим электролиз растворов солей.

  1. Электролиз растворов солей.

Давайте вспомним порядок разрядки катионов и анионов на инертных электродах.

    • Порядок восстановление катионов на катоде:

  • Первыми на катоде восстанавливаются катионы металлов, стоящих в ряду напряжений металлов после водорода;

  • Следующими на катоде восстанавливаются катионы металлов, стоящих в ряду напряжений от алюминия до водорода вместе с молекулами воды;

  • Катионы металлов, стоящих в ряду напряжений металлов до алюминия включительно никогда не восстанавливаются на катоде, восстанавливается вода;

Процесс восстановление воды на катоде:

_

K(-) 2 H2O + 2е →Н2º↑+ 2ОH ( восстанавливается)

Если среда кислая на катоде восстанавливаются катионы водорода:

K (-) 2H+ + 2e → H20

    • Порядок окисления анионов на аноде:

1.Первыми будут окисляться бескислородные анионы: S2-; I; Br; Cl и анионы органических кислот:

2RCOO — 2e → 2CO2 + R – R.

2. Во вторую очередь разряжается гидроксид – ион (в щелочной среде):

4OH — 4e → O2 + 2H2O,

или вода (в кислотной или нейтральной средах).(см. окисляться водаться катионы медио из раствора сульфата медм на катод акций и показывает

Процесс окисление воды на аноде:

A (+) 2 H2O → O2º↑+ 4H+(окисляется)

3. В растворе не разряжаются анионы кислородсодержащих кислотных остатков и F.

Рассмотрим электролиз раствора сульфата меди (II)

Учитель демонстрирует видеофильм «Электролиз раствора сульфата меди (II)».

После просмотра видеофильма учитель задает вопросы:

  • Какой газ выделялся на катоде?

  • Почему анод приобрел красный цвет?

  • Какой раствор содержится в электролизере после окончания электролиза?

Выделение меди на аноде

В каждом химическом процессе, существуют свои закономерности (это законы Фарадея). Мы их уже рассмотрели в виде правил на прошлом уроке и повторили сегодня.

Опираясь на эти правила, запишем схему электролиза раствора сульфата меди (II) на доске и в тетрадях.

(см. окисляться водаться катионы медио из раствора сульфата медм на катод акций и показывает ос

Вывод: из раствора сульфата меди(II) на катоде будут восстанавливаться катионы меди ( Cu2+),

а на аноде будут окисляться молекулы воды.

К

_

H2O H2O

Cu2+ SO42-

А

+

CuSO4(раствор)↔Cu2++SO42-

_

K(-) Cu2++ 2е → Cuº( восстанавливается) │4│2

_

A (+) 2H2O →O2º↑+ 4H+(окисляется) │2│1

———————————————————

2Cu2+ + 2H2O → 2Cuº + O2º↑+ 4H+

+SO42 +SO42-

Суммарное уравнение электролиза раствора сульфата меди (II):

2CuSO4 + 2H2O 2Cuº + O2º + 2Н2SO4

на катоде на аноде в электролизёре

Показ видеофильма «Электролиз раствора иодида калия»

KI (раствор) → K+ + I

К (+) 2H2O + 2e → H20 + 2OH| 2| 1

A (-) 2I — 2e → I20 | 2| 1

2H2O + 2IH20 + 2OH + I20

Суммарное уравнение электролиза раствора

2KI + 2H2O → H20+ I20 + 2KOH

Показ видеофильма «Электролиз раствора сульфата калия»

K2SO4(раствор) → 2K+ + SO42

К (+) 2H2O + 2e → H20 + 2OH| 4| 2

A (-)2H2O 4e → O20 + 4 H+ | 4| 1

4H2O + 2H2O → 2H20 + 4OH+ O2 + 4H+

Суммарное уравнение электролиза раствора

2H2O2H20+ O20

Вывод: при электролизе растворов солей:

процессы восстановления, протекающие на катоде с катионами (см по электрохимическому ряду напряжений металлов)

процессы окисления, протекающие на аноде с анионами (см по ряду окисления анионов).

6. Применение электролиза.

Презентация обучающегося с текстовым приложением.
Закрепление знаний.

Выполнение тестированного задания .

Работа составлена на два варианта.

Проверка теста.

7. Вывод по уроку:

мы познакомились с одним из важнейших процессов, который изучается и наукой физикой (законы Фарадея), и наукой химией – это электролиз. Процессы, протекающие на электродах, находят широкое применение в промышленности. И надо обладать прочными знаниями, чтобы знать, что за вещество восстановится на катоде и окислится на аноде, а что за вещество останется в электролизере после электролиза. Для этого надо хорошо повторить и закрепить материал дома.

8. Домашнее задание:

Учебник О.С.Габриеляна, Г.Г.Лысова Химия. 11 класс

Читать по учебнику с 217-222.

Дозированное домашнее задание: записывают домашнее задание в тетрадь (для домашних заданий) из папки .

I уровеньвыполняют все обучающиеся и по выбору задание II или III уровня

Дозированное домашнее задание:

I УРОВЕНЬ

1 Напишите уравнения электрохимических процессов, протекающих при электролизе расплава и водного растворов: — хлорида меди(II)

II УРОВЕНЬ

1 Напишите уравнения электрохимических процессов, протекающих при электролизе водных растворов: — сульфата цинка

— серной кислоты

III УРОВЕНЬ

1 В 400 г воды растворили 46,8 г хлорида натрия. Через раствор пропустили электрический ток и собрали 2,24 л хлора (н.у.). Определите массовую долю хлорида натрия в растворе после электролиза. (w=8%)

6