Электролиз растворов Nal получаемые продукты

    Для электролиза раствора хлорида калия используют те же самые электролизеры, что и для электролиза хлорида натрия. Раствор, используемый для электролиза, содержит хлорида калия 345—370 кг/м , ионов кальция и магния в сумме не более 7-10 3 кг/м (больше, чем в растворе хлорида натрия из-за более высокой растворимости солей кальция в растворе КС1). В электролизерах получают электрощелока, содержащие 140— 175 кг/м гидроксида калия и до 0,35 кг/м хлората калия КСЮз. Хлор и водород по составу близки к газам, получаемым при электролизе раствора хлорида натрия. Выход по току гидроксида калия составляет 94,5—95%. Напряжение электролиза несколько ниже из-за более высокой электропроводности раствора хлорида калия. Так как молекулярная масса гидроксида калия больше, чем у гидроксида натрия, то соответственно ниже расход электроэнергии на тонну продукта. 

    Электрохимический метод позволяет получать наряду с основным продуктом производства ценные побочные продукты, применять более дешевое сырье и полнее его использовать. Так, при электролизе растворов хлористого натрия выделяются одновременно хлор, едкий натр и водород. При электрорафинировании металлов отходом является шлам, содержащий благородные металлы зо гото и серебро (при рафинировании меди), платину и палладий (при рафинировании никеля). Стоимость получаемых благородных металлов полностью окупает расходы по рафинированию. 

    Электролиз водного раствора хлорида натрия — одно из важнейших крупнотоннажных производств, основанных на процессе электролиза водных растворов электролитов. Он позволяет на основе одного сырья получить одновременно три продукта гидроксид натрия, хлор и водород. Технологический процесс состоит из трех стадий подготовки сырья к электролизу раствора хлорида натрия, очистки и переработки продуктов электролиза. 

    Какие продукты получаются при электролизе раствора серной кислоты  [c.76]

    Какие продукты могут быть получены при электролизе раствора КМОз, если анодное и катодное пространства а) разделены пористой перегородкой, б) не разделены и раствор перемешивается  [c.271]

    Ваш ответ не вполне правилен. Конечно, при электролизе воды получается водород. Однако в промышленности водород получают электролизом рассола (водного раствора поваренной соли). В этом процессе образуются и другие важные продукты . ….. и. … 

    Водород можно получать в лабораторных условиях путем электролиза воды, но этот метод не слишком удобен, и водород таким путем получается слишком медленно. Электролиз редко применяют для получения водорода в лабораторных условиях. Однако электролиз используется для получения водорода в промышленных условиях, причем этот процесс позволяет также получать некоторые дополнительные продукты. При электролизе раствора поваренной соли образуются гидроксид натрия, хлор и водород. [c.70]

    Из наиболее электроотрицательных элементов хлор и фтор получают в виде простых веществ электролизом фтор — электролизом расплавов фторидов (получая одновременно соответствующий металл), хлор — электролизом растворов хлоридов натрия или калия, а также как побочный продукт при получении наиболее электроположительных металлов электролизом расплавов их хлоридов. Бром и иод обычно получают, действуя на содержащее их сырье хлором, например, обрабатывая им золу морских водорослей для извлечения из нее иода. 

    При нормальных условиях хлор — газ желто-зеленого цвета. Получают его электролизом раствора поваренной соли. При прохождении постоянного тока через раствор хлорида натрия на аноде выделяется хлор, а на катоде образуется амальгама натрия или едкий натр. Устанавливая между анодом и катодом диафрагму, обеспечивают разделение продуктов электролиза. [c.262]

    Электролизом расплавов получают такие металлы, как алюминий, натрий, кальций, магний и их сплавы. Он отличается от электролиза растворов большей электропроводностью электролитов и меньшим выходом по току. Это обусловлено испарением продуктов электролиза, их растворением, последующим окислением на аноде и поверхности электролита. Выход по току понижается также из-за анодного эффекта — увеличения сопротивления ванны в результате образования газового мешка вокруг анода. Для повышения выхода по току необходимо вести процесс при возможно низкой температуре, подбирая соответствующие эвтектические смеси солей, при уменьшении общего количества электролита и увеличении электродной плотности тока. 

    Электролизом называется разложение электролитов постоянным электрическим током, которое сопровождается образованием новых веществ. На электродах происходят реакции окисления— восстановления анионы на аноде отдают электроны и окисляются, а катионы восстанавливаются на катоде. Если анод растворим в электролите под действием тока, то чаще всего анионы на нем не разряжаются, а электроНейтральность раствора (или расплава) поддерживается образованием катионов из материала анода. Одно из преимуществ электролиза перед химическим восстановлением заключается в том, что при этом продукты восстановления не загрязняются остатками металла-восстановителя и примесями, первоначально присутствующими в нем. Кроме того, при электролизе возможна очистка от многих примесей исходного сырья. Изменяя условия электролиза, можно получать катодный осадок с некоторыми заданными физическими свойствами (крупностью кристаллической структуры и т.п.). В промышленных масштабах осуществляют электролиз как водных растворов, так и расплавов. Однако для получения редких металлов электролиз водных растворов используют редко. 

    Марганец получают либо электролизом раствора MnS04, либо восстановлением из его оксидов кремнием в электрических печах. Второй (силикотермический) метод более экономичен, но дает менее чистый продукт. При электролитическом методе руду восстанавливают до соединений марганца со степенью окисленности — -2, а затем растворяют в смеси серной кислоты с сульфатом аммония. Получающийся раствор подвергают электролизу. Снятые с катодов осадки металла переплавляют в слитки. 

    Потребность в хлоре сейчас возросла настолько, что ее нельзя удовлетворить только путем электролиза растворов поваренной соли. Кроме того, при этом методе получается едкий натрий, потребность в котором растет медленнее, чем в хлоре. В настоящее время возникают методы производства хлора, не связанные с производством каустической соды. К ним относится электролиз хлористых солей, дающих в качестве второго продукта металлы. Таким путем возникла т. н. хлорная металлургия. [c.204]

    Промышленности его получают нейтрализацией плавиковой кислоты карбонатом Н. и гидроксидом алюминия карбонизацией смеси раствора фторида Н. и алюмината Н. Гидрокарбонат Н. получают насыщением оксидом углерода(IV) растворов карбоната Н. при 75 С. Гидроксид Н. получают электролизом растворов хлорида Н. при взаимодействии горячего раствора карбоната Н. с гидроксидом кальция получается 10—12 % раствор гидроксида Н. Иодид Н.— продукт обменной реакции РезЬ и карбоната Н. Карбонат Н. получается при взаимодействии раствора хлорида Н. с аммиаком и оксидом углерода (IV) с последующим прокаливанием выпавшего осадка гидрокарбоната Н. при прокаливании сульфата И. с углем и карбонатом кальция (известняком). Декагидрат карбоната Н. кристаллизуется из водных растворов при температуре ниже 32 °С. Нитрит Н. получают при поглощении оксидов азота водными щелочными растворами с последующим их упариванием. Ортофосфат Н. получается при нейтрализации ортофосфорной кислоты гидроксидом Н. Перборат Н. образуется при обработке метабората Н. пероксидом водорода или орто-борной кислоты пероксидом Н. Сульфат Н. составляет основу минерала мирабилита (глауберовой соли). Безводный сульфат 

    Наибольшее практическое значение имеет едкий натр. Его мировое производство составляет миллионы тонн в год. Едкий натр получают в основном электролизом раствора Na l. При этом при меняют железные катоды и аноды из искусственного графита для предотвращения смешивания продуктов электролиза катодное и анодное пространства разделяют асбестовой диафрагмой. Вместр графитовых анодов используют также титановые, покрытый JOHKHM слоем смеси оксидов рутения и титана у этих анодоа [c.303]

    В данном разделе речь пойдет о процессах галогенирования, под которыми подразумеваются все реакции введения в органические соединения атомов галогенов. Чаще всего это хлор из-за доступности и дешевизны, который получают электролизом раствора хлорида натрия. Хлорирование углеводородов и других органических соединений является очень важньш направлением органического синтеза, поскольку этим методом производят самые различные продукты, находящие широкое применение в народном хозяйстве. Это полупродукты для органического синтеза (хлористый метил, этил, аллил, хлорбензол, хлоргидрины, из которых получают XJюpoлeфины, спирты, окиси олефинов и т.д.) мономеры для получения смол, пластмасс, волокон (винилхлорид, хлоропрен, 1,2-дихлорэтан, монохлортрифторэтилен, тетрафторэтилен и т.д.) различные пестициды, хладоагенты, растворители, медицинские препараты и т.д. [c.75]

    Из щелочей наибольшее практическое значение имеет едкий натр. Его получают в основном электролизом раствора Na I. При этом применяют железные катоды и аноды из графита. Вместо графитовых анодов используют также титановые, покрытые тонким слоем смеси оксидов рутения и титана у этих анодов значительно больший срок службы. Для предотвращения смешивания продуктов электролиза катодное и анодное пространства разделяют асбестовой диафрагмой. При электролизе происходит следующие процессы  [c.323]

    Большие количества НС1 получают в технике как побочный продукт хлорирования органических соединений (по схеме RH + СЬ = ==R 14-H 1, где R—органический радикал). Однако для получения чистой соляной кислоты основное значение имеет прямой синтез. Исходным сырьем служат при этом хлор и водород, одновременно выделяющиеся при электролизе раствора Na I. Спокойное протекание процесса обеспечивается смешиванием обоих газов лишь в момент взаимодействия. [c.250]

    Электролиз растворов Na l (K l) является одним из основных процессов химической промышленности, так как ведет к одновременному получению двух весьма важных для техники веществ — едкой щелочи и свободного хлора (см. VII 2). В качестве побочного продукта получается также водород. [c.411]

    Важнейшим применением электролиза является извлечение с его помощью ряда химических элементов из природного сырья. Например, хлор, водород и натрий получают путем электролиза соляных растворов или расплавленного Na l. Почти весь вырабатываемый в настоящее время алюминий — продукт электролиза раствора AljOj в расплаве криолита. Расплавленный Mg l2 путем электролиза превращается в магний и хлор. [c.296]

    В отличие от вольтамперометрии (см. разд. 7.3) электролиз можно провести в усл( иях, когда состав раствора меняется вследствие количественного эжктро-окисления или электровосстановления компонентов раствора. В таких случаях электролиз проводят при большом отношении рабочей поверхности электрода А к объему раствора V и в условиях конвективно-диффузионного контроля массопереноса. Электрод с большой поверхностью дает возможность пропускать относительно высокие токи и позволяет быстро получить продукт электроокисления или электровосстановления. Основные принципы, управляющие электродными реакциями при объемном э гектролизе, те же, что и в условиях микроалектролиза (вольтамперометрия). [c.383]

    В опытном электролизере, разделенном керамической диафрагмой на анодную и катодную части, с применением пластинчатых анодов из графита, покрытых эпоксидной смолой, и ртутного катода, получали продукт содержащий в среднем 99,23% КзРе(СЫ)б, 0,35% К4ре(СН)б и 0,42% Ре(ОН)з. При плотности тока 3,5—4,3 а/сж , напряжении на ванне 4,5—5,0 в выход по току составил 96,5—98,0%. Электролиз проводят при 50° с циркуляцией маточного раствора, получаемого после выделения из анолита охлаждением до 15° кристаллов КзРе(СЫ)б- К циркулирующему раствору добавляют железистосинеродистый калий до первоначального состава. [c.478]

    В 1878 г. Вертело сделал открытие, что электролизом растворов серной кислоты можно получать нероксодисерную кислоту, которая легко подвергается гидролизу в растворе с образованием перекиси водорода и серной кислоты. В 1885 г. Анрио показал, что перекись водорода можно выпарить из гидролизованного раствора, если поддерживать достаточно низкую температуру при работе под уменьшенным давлением. Эти открытия привели к тому, что в 1909 г. было начато промышленное производство перекиси водорода электрохимическими методами [1], которые позволяли получать сравнительно чистую и, следовательно, весьма устойчивую перекись водорода значительно более высокой концентрации, чем раньше. Эти методы почти полностью вытеснили способ производства из перекиси бария, который в настоящее время применяется в сравнительно небольшом масштабе лишь там, где имеется на рынке возможность сбыта получающегося в качестве побочного продукта сернокислого бария. Е) настоящее время перекись водорода получают главным образом электрохимическими методами через пероксодисульфат, однако в США недавно начато промышленное производство перекиси водорода, основанное на самоокислении органических веществ, а некоторые другие методы изучены с точки зрения потенциальной возможности промышленного применения и доведены по меньшей мере до стадии опытной установки. [c.34]

    Основными потребителями ртути являются электротехническая промышленность (производство жидких контаков, выпрямителей и люминесцентных ламп) и металлургия, где используют ее свойство растворять металлы с образованием амальгамы. Химическая активность металлов, растворенных в ртути, мала, и поэтому таким способом могут быть получены металлы, в чистом виде разлагающие воду. Например, при электролизе водного раствора КаС1 на ртутном катоде образуется амальгама натрия. Ее удаляют из электролизной ванны и обрабатывают водой. Таким образом, при электролизе удается получить два ценнейших продукта щелочь в катодном пространстве и хлор на аноде. Амальгамными способами извлекают Аи, С , Т1, Оа, 1п, РЗЭ, РЬ, Zn, 8Ь и другие металлы. Металлы отделяют от ртути отгонкой или электрохимическим способом с амальгамой в качестве анода. [c.179]

    Получение растворов кремневой кислоты, из которых выращивают золь, возможно различными путями. При этом в качестве сырья большей частью желательно использование растворов жид кого стекла — дешевого продукта, выпускаемого в большом количестве. Помимо описанного выше использования катионитов, удаление ионов натрия возможно путем электролиза растворов силикатов с ртутным катодом. Согласно Вейлу [13], электролиз концентрированных растворов провести не удается, необходимо их разбавление, следовательно, и последующая выпарка. Возможно также получить золи нейтрализацией растворов щелочных силикатов кислотами с последующим электродиализом. Образующиеся при этом кислоту и щелочь можно вновь употреблять для приготовления раствора силиката и его нейтрализации. [c.76]

    Изучая миграцию 1,2-фенила, Боннер и Манго [48] электролизом 3,3-дифенилпропионовой кислоты в растворе уксусная кислота— ацетат получили продукты (XXXIII) — (XXXVII), [c.144]

    Н. кроме того, он образуется в качестве отхода при получении фенола из бензолсульфокислоты методом щелочной плавки. Тиосульфат Н. получают растворением серы в горячем растворе сульфита Н. он образуется при взаимодействии гидросульфида И. с гидросульфитом Н. является побочным продуктом в производстве гидросульфита Н., при очистке промышленных газов от серы, при получении сернистых красителей и тиокарбанилида. Трифосфат Н. образуется при нагревании твердой смеси гидроортофосфата и дигидроортофосфата И. при молярном соотношении 2 1. Фторид Н. встречается в виде минерала вильомита, входит в состав криолита и других минералов его получают спеканием плавикового шпата (фторида кальция) с карбонатом Н. и оксидом кремния, разложением гексафторосиликата Н. карбонатом Н., растворением карбоната или гидроксида Н. в плавиковой кислоте. Хлорат Н. получают электролизом раствора хлорида Н., хлорированием растворов гидроксида, карбоната или гидрокарбоната Н. Хлорид Н. добывают в месторождениях минерала галита (каменной соли), из морской воды и воды соляных озер. Хлорит Н. получают обменной реакцией растворов хлорита бария и сульфата П., хлорита кальция и карбоната Н., хлорита цинка и ги 1,роксида [c.33]

    Гидроксид К. получают электролизом растворов хлорида К. Карбонат К. образуется при насыщении растворов гидроксида К. или суспензии карбоната магния в растворе хлорида К. оксидом углерода (IV) является побочным продуктом при переработке нефелина на глинозем. Сульфат К.-магния получают при переработке каинитолангбейнитовой руды. Нитрат К. — продукт обменной реакции между нитратом натрия и хлоридом К. либо же действия азотной кислоты или оксидов азота на карбонат или хлорид К. Ортофосфат К. получается нейтрализацией ортофосфорной кислоты гидроксидом К. Сульфат К. получают обменной реакцией между хлоридом К- и сульфатом магния или серной кислотой, а также при прокаливании лангбей-пита с углем. Основные пути получения фторида К. — взаимодействие карбоната К. со стехиометрическим количеством плавиковой кислоты, сплавление плавикового шпата с карбонатом или гидроксидом К., разложение гексафторосиликата К. при нагревании с карбонатом К. Хлорид К. извлекают из сильвинита и карналлита при обработке их водой или щелоком. [c.45]

    Первыми из таких сложных радикалов были радикал аммония, исследованный в 1808 г. Дэви и Берцелиусом, и радикал циан, описанный Гей-Люссаком в 1815 г. Квази-металлический характер радикала аммония был установлен Берцелиусом и Понтином , которые получили амальгаму аммония при электролизе раствора аммониевой соли с применением ртутного катода. Тот же самый продукт был получен Дэви при обработке аммониевой соли амальгамой натрия или калия. Гей-Люссак убедительно доказал, что радикал циан, N, ведет себя аналогично галоидам. При нагревании цианида ртути он получил газообразный циан (СМ)г . Не зная, что даже галогены образуют газообразные двухатомные молекулы, например СЬ, он считал газообразный циан свободным сложным радикалом. В результате развития органической химии в течение первой половины девятнадцатого века были описаны некоторые сложные радикалы. Считалось, что многие из них молпомощью методов, аналогичных методам выделения металлов [c.9]

    К электрохимическим методам производства водорода относится прежде всего электролиз воды, а также электролиз водных растворов Na l для получения хлора и каустической соды одновременно в качестве побочного продукта электролиза ЫаС1 получается дешевый водород. Отметим, что в 1969 г. мировая хлорная промышленность (без СССР) выработала около 4,5 млрд. м водорода, который удалось использовать лишь в малой степени, главным образом из-за отдаленности его потребителей. [c.9]

    Из этого уравнения видно, что процесс имеет три стадии и протекает с образованием промежуточных продуктов. Интересно отметить, что, изменяя условия электролиза, можно получить иной конечный продукт реакции. Например, в растворе, содержащем большой избыток кислоты, росстановление нитробензола на платиновом катоде нрак- [c.37]

    Впервые чистый перхлорилфторид был получен в 1952 г. электролизом раствора перхлората натрия в жидком фтористом водороде Энгельбрехтом и Атцвангером [1]. Несколько раньше Воде и Клеспер [2] получили смесь РСЮз с РСЮг действием фтора на хлорат калия при низких температурах. В дальнейшем хлоратный метод синтеза РСЮз был усовершенствован и выход продукта достиг 60% [3—6]. [c.130]

    Зная величины электродных потенциалов и причины, от которых они зав1 сят, можно установить, какие продукты будут получены при электролизе раствора поваренной соли в зависимости от применяемых электродов и условий электролиза. [c.68]

    В текстильной и и,еллюлозной промышленности вместо растворов хлорной извести для беления часто применяют раствор хлорноватистокислого натрия, получаемого непосредственно на месте потребления электролизом раствора хлористого натрия. В сравнении с белящими растворами, приготовленными из хлорной извести, растворы хлорноватистокислого натрия дают более быструю отбелку благодаря наличию в них свободной хлорноватистой кислоты. Кроме того, при растворении хлорной извести всегда получается большое количество нерастворимого остатка, аппаратура требует периодической чистки, а растворы должны перед употреблением отстаиваться. Белящие растворы хлорноватистокислого натрия получаются совершенно свободными от осадков. Раствор хлорноватистокислого натрия мО Жет быть приготовлен и чисто химическим путем, а именно, насыщением щелочи газообразным хлором, но для этого вместо хлористого натрия необходимо расходовать более дорогие продукты — едкий натр и жидкий хлор или же сначала получать в хлорных ваннах хлор и электролитическую щелочь, а затем уже хлорноватистокислый натрий. Этот способ приготовления выгоден и целесообразен только при больших масштабах потребления хлорноватистокислого натрия. Во всех же других случаях проще и дешевле приготовление белящих растворов хлорноватистокислого натрия непосредственным электролизом хлористого натрия в специальных ваннах без диафрагмы. [c.362]

    Удаляемый раствор содержит много ценных продуктов, которые необходимо использовать. Наиболее совершенный способ утилизации удаляемого раствора заключается в следующем. Отбросный раствор подвергают обезмеживанию со свинцовыми анодами, как описано выше, и получают чистую катодную медь при выходе по току 85%. В растворе при этом содержание меди понижается с 40 до 10 г/л, содержание серной кислоты повь1-шается с 200 до 250 г/л. Этот раствор направляют во вторую стадию электролиза, также с нерастворимыми анодами, где при выходе по току 50% выделяют еще некоторое количество загрязненной меди, возвращаемой в анодные печи. Раствор же вновь подвергают электролизу и получают рыхлый осадок, содержащий в основном медь, мышьяк и сурьму. Этот осадок подвергают дальнейшей переработке. [c.449]

    Первая стадия (образование формамидина) легче протекает на металлах с низким перенапряжением водорода, в то время как для проведения второй стадии необходим более отрицательный потенциал катода, достигаемый на ртути, свинце и олове. Варьируя уело-в-ия электролиза, можно получить различные продукты. Так, на катоде из палладированной платины в слабокислой среде основным продуктом восстановления является формамиДйн (выход 52%), в растворе фосфатного буфера при pH 6,0—6,5 на губчатом никелевом катоде с выходом 80—90% образуется муравьиная кислота, а на ртути, олове и свинце в растворе сульфата аммония среди продуктов восстановления обнаружен метиламин (выход 7—9%). [c.175]

Электролиз водных растворов с получением металлов

    Электролиз водных растворов — важная отрасль металлургии тяжелых цветных металлов меди,висмута, сурьмы,олова, свинца, никеля, кобальта, кадмия, цинка. Он применяется также для получения благородных и рассеянных металлов, марганца и хрома. Электролиз используют непосредственно для катодного выделения металла после того, как он был переведен из руды в раствор, а раствор подвергнут очистке. Такой процесс называют электроэкстракцией. Электролиз применяется также для очистки металла — электролитического рафинирования. Этот процесс состоит в анодном растворении загрязненного металла и в последующем его катодном осаждении. Рафинирование и электроэкстракцию проводят с жидкими электродами из ртути и амальгам (амальгамная металлургия) и с электродами из твердых металлов. К электролитическим способам получения металлов относят также цементацию — восстановление ионов металла другим более электроотрицательным металлом. Цементация основана на тех же принципах, что и электрохимическая коррозия при наличии локальных элементов. Выделение металлов осуществляют иногда восстановлением их водородом, которое также может включать электрохимические стадии ионизации водорода и осаждение ионов металла за счет освобождающихся при этом электронов. [c.227]

    На электролизе водных растворов солей основано также и электроосаждение — выделение металла на катоде в виде плотного или порошкообразного осадка. Этот метод служит для получения гальванических покрытий, копий и матриц — в первом случае, или при извлечении, очистке и разделении металлов с получением металлических порошков — во втором случае. [c.251]

    Для получения чистого никеля применяют метод электролиза водного раствора сульфата никеля (П) с инертными электродами. Б процессе электролиза на аноде был собран кислород объемом 8,96 (условия нормальные, массовая доля выхода 100%). Рассчитайте массу никеля, который образуется на катоде, если массовая доля выхода металла равна 75%. [c.118]

    Важным направлением электролиза водных растворов с осаждением металлов является гальванотехника. В гальванотехнике получили широкое распространение такие способы покрытия, как никелирование, хромирование, цинкование, лужение, серебрение, золочение и др. Видом гальванотехники является гальванопластика (Б. С. Якоби) — получение металлических копий различных пред-м(>тов (художественных изделий) электроосаждением металла, типографских клише, печатных схем в радиотехнике и т. д. [c.165]

    Электролиз расплавленных сред используют для получения ряда металлов, сплавов и других соединений, которые другими методами получить невозможно или экономически невыгодно. К примеру, щелочные и щелочноземельные металлы, такие как натрий, калий, кальций, магний, ряд тугоплавких и редких металлов, а также фтор получают электролизом расплавленных сред, поскольку электролизом водных растворов их получить практически невозможно из-за высокой реакционной способности (фтор, щелочные металлы) и протекании на электродах, в основном, процессов выделения водорода (на катоде) или кислорода (на аноде). [c.202]

    В данной книге мы не можем охватить все области применения электрохимических технологий в народном хозяйстве страны, поэтому рассмотрим лишь основные электрохимические способы получения неорганических соединений, газов и металлов электролизом водных растворов, ряда металлов и фтора — электролизом расплавленных сред, некоторые химические источники тока. [c.5]

    Газообразный хлор, получаемый электролизом водных растворов щелочных металлов, должен содержать не менее 96% хлора и не более 2% СО2 и 1% На- Хлор, полученный методом электролиза с диафрагмой, должен содержать не более 0,5% Hj. Содержание влаги после осушки не должно превышать 0,04 вес. %. [c.29]

    Электролизом (электрометаллургия) получают щелочные металлы, алюминий,, бериллий. Электролит не должен содержать ионов водорода, потому что во время электролиза водных растворов их солей на катоде выделяется не металл, а водород (почему ). В электролите не должно быть ионов металлов, выделяющихся при электролизе на катоде, так как они загрязняют получаемый металл. Чтобы выполнить эти условия в электролизные ванны загружают очищенные вещества, получение которых есть стадия технологического процесса. [c.144]

    Электролиз водных растворов щелочных металлов без разделения электродных пространств можно проводить в таких условиях, чтобы газообразный хлор практически не выделялся. Если обеспечить достаточно интенсивное перемещивание слоев электролита, прилегающих к аноду и катоду, то выделяющийся на аноде хлор будет растворяться в электролите и подвергаться гидролизу. Начнется взаимодействие хлора с полученной на катоде щелочью с образованием раствора гипохлорита натрия I2 + Н2О НСЮ + H I (1-11) [c.14]

    Электролиз растворов электролитов проводить легче, чем электролиз их расплавов, так как электролиты — соли и щелочи — плавятся при очень высоких температурах. Но не всякий элемент может быть получен в свободном состоянии электролизом водных растворов его соединений. Очевидно, что таким путем нельзя получить, например, щелочные металлы. В таких случаях прибегают к электролизу расплавов. [c.28]

    Электролиз водных растворов солей металлов применяется как для образования покрытий на стали (никелирование, хромирование и др.), так и для получения самих металлов. [c.153]

    Электролиз водных растворов солей металлов применяют как для образования покрытий на стали (никелирование, хромирование и др.), так и для получения самих металлов. На структуру осаждающегося металла большое влияние оказывает состав электролита. При электролизе растворов комплексных солей металлы получаются мелкокристаллическими, в виде плотных осадков, пригодных в качестве защитных и декоративных покрытий. При электролизе же простых солей они выделяются в виде губки или чешуек, слабо сцепленных с катодом. Таким методом получают в виде порошков железо, медь, кобальт и другие металлы, используемые в порошковой металлургии. Например, [c.135]

    Получение металлов электролизом расплавленных солей может быть осуществлено при температурах электролиза выше температуры плавления катодного металла или ниже ее. Легкие металлы на практике получают при температурах выше температуры плавления. В случае проведения электролиза при температурах, ниже температуры плавления металла, на катоде образуется твердый кристаллический осадок. Существенно, что при электролизе расплавленных солей электрокристаллизация протекает без тех затруднений, которые обычны в водных растворах. Поэтому металл кристаллизуется в условиях, более близких к равновесным, чем при кристаллизации из водных растворов. Это приводит к образованию хорошо формирующихся кристаллов и дендритов. При определенных условиях (высокая чистота электролита, пониженные температуры, низкие плотности тока и др.) удается получать металлы и в виде плотных осадков. [c.475]

    При получении хлороформа H I3 электролизом водного раствора Na I, содержащего этиловый спирт и добавки хлоридов щелочно-земельных металлов, с ванны нагрузкой 1100 А получено за сутки 7,3 кг хлороформа при среднем напряжении 4,2 В. [c.142]

    Большое положительное значение перенапряжения можно показать на примере электрохимического выделения водорода. Электродные потенциалы цинка, кадмия, железа, никеля, хрома и многих других металлов в ряду напряжения имеют более отрицательную величину равновесного потенциала по сравнению с потенциалом водородного электрода. Благодаря перенапряжению водорода на указанных выше металлах при электролизе водных растворов их солей происходит перемещение водорода в ряду напряжений в область более отрицательных значений потенциала и — становится возможным выделение многих металлов на электродах совместно с водородом с большим выходом металла по току . Так, выход по току при электролизе раствора 2п504 более 95%. Это широко используется в гальванотехнике при нанесении гальванических покрытий и в электроанализе. Изменением плотности тока и материала катода можно регулировать перенапряжение водорода, а значит и восстановительный потенциал водорода и реализовать различные реакции электрохимического синтеза органических веществ (получение анилина и других продуктов восстановления из нитробензола, восстановление ацетона до спирта и др.). Перенапряжение водорода имеет большое значение для работы аккумуляторов. Рассмотрим это на примере работы свинцового аккумулятора. Электродами свинцового аккумулятора служат свинцовые пластины, покрытые с поверхности пастой. Главной составной частью пасты для положительных пластин является сурик, а для отрицательных — свинцовый порошок (смесь порошка окиси свинца и зерен металлического свинца, покрытых слоем окиси свинца). Электролитом служит 25—30% серная кислота. Суммарная реакция, идущая при зарядке и разрядке аккумуляторов, выражается уравнением [c.269]

    При электролизе водного раствора гидроксида калия с инертными электродами на аноде образовался кислород массой 40 г. Рассчитайте массу оксида медн (П), который можно восстановить до металла водородом, полученным при электролизе на катоде. [c.148]

    Электролиз расплавленных сред отличается от электролиза водных растворов физико-химическими свойствами электролитов. Для протекания электролиза необходимо присутствие ионов в электролите. В водных электролитах ионизации способствуют молекулы растворителя. В расплавах ионы образуются в основном в результате возбуждения молекул при высокой температуре. Ионные расплавы обладают многими уникальными свойствами, на этом основано их широкое применение не только для получения легких металлов, но и в новых областях техники, в приборостроении и в практике научных исследований. [c.442]

    Основные физические параметры галлия, индия и таллия приведены в табл. 27. Для них в отличие от элементов главных подгрупп I и II групп и элементов побочной подгруппы III группы характерна сравнительно малая теплота образования окислов, следствием чего является легкость получения этих металлов в свободном состоянии (например, электролизом водных растворов). [c.224]

    Для получения растворов гидроксидов щелочных металлов и хлора главным образом используют электролиз водных растворов хлоридов натрия или калия, при котором одновременно получают три продукта раствор гидроксида металла, газообразные хлор и водород. [c.44]

    ЭЛЕКТРОЛИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ с ПОЛУЧЕНИЕМ МЕТАЛЛОВ [c.250]

    Дл51 получения калия, бария, рубидия и цезия электролиз расплавов практически не применяется из-за высокой химической активности этих металлов и больиюй их растворимости в расплавленных солях. Метод электролиза широко используется для получения гидроксидов щелочных элементов. Рассмотрим электролиз водного раствора хлорида натрия с целью получения гидроксида натрия. В ходе электролиза на катоде разряжаются ионы водорода и одновременно вблизи катода накапливаются ионы натрия и гидроксид-ионы, т. е. получается гидроксид натрия на аноде выделяется хлор. Очень важно, чтобы продукты электролиза не смешивались, так как гидроксид натрия легко взаимодействует с хлором в результате образуются хлорид и гипохлорит натрия  [c.678]

    Электролиз водных растворов металлов осуществляется как для их получения (электроэкстракция), так и для их электролитического рафинирования. [c.330]

    Принципы создания современных ванн для электролиза водных растворов с получением металлов на твердых катодах одинаковы, независимо от получаемого металла. Такие электроли- [c.378]

    Электролиз расплавленных солей с получением металлов отличается от электролиза водных растворов разнообразием осуществления катодных процессов. К ним относятся 1) электролиз с получением на катоде жидкого металла (алюминий, магний, натрий, литий) 2) электролиз с применением жидкого катода и образованием катодного сплава с последующей отгонкой получаемого металла (калий, кальций) 3) электролиз с получением твердой фазы на катоде (некоторые тугоплавкие металлы). На аноде, как правило, образуются газообразные продукты. [c.441]

    Интенсивность процесса электролиза расплавов в 25— 100 раз превышает интенсивность электролиза водных растворов. Плотность тока на электродах при получении металлов из расплавленных сред может достигать 100 кА/м , тогда как соответствующая величина в водных растворах не превышает 1 кA/м . Однако к недостаткам процесса следует отнести большой расход электроэнергии, увеличение капитальных и эксплуатационных затрат на охрану окружающей среды, особенно при электролизе фторидов и хлоридов. [c.441]

    Гидроэлектрометаллургическими процессами называют такие, в которых электролиз с нерастворимым анодом или цементация применяются для извлечения металлов из водных растворов, полученных при выщелачивании руд или концентратов. При электролизе водного раствора соли металла, например сульфата, на катоде выделяется металл, на аноде (свинцовом) — кислород, в растворе накапливается серная кислота Ме304 + Н 0 + 2е — 2е — Ме -Ь Н ЗО + [c.246]

    Получают свободный хлор окислением хлоридов в лаборатории — химическим окислением концентрированной соляной кислоты в технике — электролизом водного раствора Na i и — как побочный продукт — при получении натрия электролизом расплава Na l. Хлор применяют для стерилизации питьевой воды, широко используют в качестве окислителя в самых разнообразных отраслях химической промышленности. Важна его роль в металлургии цветных металлов (см. с. 243), [c.287]

    Получение соляпой кислоты синтезом из элементов позволяет использовать водород, получаемый одновременно с хлором при электролизе водных растворов солей щелочных металлов, и не расходовать на получение соляной кислоты серную кислоту. [c.64]

    Принципы создания современных электролизеров для электролиза водных растворов с получением металлов на твердых катодах одинаковы независимо от получаемого металла. Такие электролизеры состоят из определенного числа конструкционных элементов (рис. УИМ5). [c.261]

    При электролизе водного раствора нитрата никеля на катоде выделилось 59 г металла. Определите объём газа (н.у.), вьщелившегося на аноде. Какова массовая доля ( в % ) полученной кислоты, если её объём 166 мл, а ппотнортк I ДСП yr/ iJ [c.35]

    Металлический натрий применяется в качестве катализатора процесса полимеризации бутадиена в каучук, для изго-товления сплавов, синтеза красителей, фармацевтических препаратов и др. Металлический калий используется лишь для получения сплавов. Со ртутью калий и натрий образуют амальгамы — твердые сплавы, используемые в качестве восстановителя вместо чистых металлов. Широкое применение находят соедине1у1Я калия и натрия. Наибольшую ценность представляют их гидроксиды, которые получаются при электролизе водных растворов хлоридов (гл. V, И). Едкий натр (каустическая сода) в больших количествах используется для очистки нефтепродуктов, в мыловаренной, бумажной, текстильной промышленности (для производства искусственного волокна) и в других производствах. Солн калия служат хорошими удобрениями (см. гл. X, 4). [c.264]

    Промышленные способы получения металлов из руд Электролиз расплавленных соединений ВосстаноЕление металлов углеродом, алюминотермия или электролиз водных растворов Простое нагревание соединений ШИ металлы) [c.303]

    Ом равен сопротивлению ртутного столба сечением 1 мм и длиной 106,3 см. Эталон напряжений — элемент Вестона — построен из ртути и амальгамы кадмия. Барометрические приборы градуируются по ртутным барометрам. Ртуть используют в термометрах. Впервые диффузионный насос для получения высокого вакуума был построен Ленгмюром. До сих пор эти насосы находят широкое применение. Зеркала покрывают амальгамой ртути, т. е. ее сплавом. Разложение амальгам позволяет получать чистые металлы например, натрий при электролизе водных растворов Na l с ртутным катодом накапливается в виде амальгамы натрия и выделяется методом дистилляции. [c.393]

    Т1(1П) в Т1(1) восстанавливается в растворе такими восстановителями, как SO2, h3S, NaoSaOa, а также металлами — Zn, Fe, Al и даже u. В соответствии со своим нормальным потенциалом может быть получен электролизом водных растворов солей однако при этом в анодном пространстве образуются ионы ТР и может выпасть осадок TI2O3. [c.326]

    Как отмечалось выше, гальванические элементы являются источниками электричества, которое получается в результате освобождения энергии при протекании самопроизвольной химической реакции. В противоположность этому сушествуют электролитические ячейки, в которых в результате затраты электрической энергии происходят химические превращения. Эти превращения, представляю-ш ие собой реакции между ионами и электронами, приводят к разложению электролитов, находящихся в растворе или в виде расплава. Например, при пропускаиии постоянного тока через раствор СиСЬ на электроде, к которому подводятся электроны (катод), происходит реакция u +-f 2е = Си (т), т. е. выделяется металлическая медь. На электроде, с которого электроны отводятся (анод), разряжаются ионы хлора С1-, т.е. идет реакция 2С1- = СЬ(г)+2е, и выделяются пузырьки газообразного хлора. Таким образом, на катоде происходят реакции восстановления, а на аноде — окисления. Подобные процессы называются электролизом. Электролиз имеет важное практическое значение. С его помощью получают из водных растворов многие металлы, например медь, никель и др. Такие металлы, как алюминий, магний, кальций, получают электролизом расплавленных солей или их смесей. Разрабатываются способы получения железа электролизом из его руд (.4. Б. Сучков). При помощи электролиза наносят защитные покрытия более благородных металлов на менее благородные (хромирование и никелирование железа). В отличие от работы гальванического элемента реакции, протекающие при электролизе, происходят в условиях, да- [c.133]

    Ртуть как жидкий металл, хорошо поддающийся очистке От примесей и относительно инертный химически, очень часто употрбляют как эталон. Например, эталон электрического сопротивления I Ом равен сопротивлению ртутного столба сечением 1 мм и длиной 106,3 см. Эталон напряжений — элемент Вестона — построен из ртути и амальгамы кадмия. Барометрические приборы градуируются по ртутным барометрам. Ртуть используется в термометрах. Впервые диффузионный насос для получения высокого вакуума был построен Лангмюром и основан на потоке тяжелых паров ртути, увлекающих за собой молекулы газа. До сих пор эти насосы находят широкое применение. Зеркала покрывают амальгамой ртути, т. е. ее сплавом. Разложение амальгам позволяет получать чистые металлы, например натрий при электролизе водных растворов Na l с ртутным катодом, накапливается в виде амальгамы натрия и выделяется методом дистилляции. [c.407]

    Марганец, в отличие от других металлов, получение которых рассмотрено в этой главе, относят к черным, а не цветным металлам. Это светло-серый, твердый, хрупкий металл, имеющий плотность 7440 кг/м , не реагирующий с растворами щелочей и водородом. Его получают восстановлением оксидов марганца в электропечах, а также электролизом водных растворов сульфата марганца (марка МРО —>99,7% Мп, МРОО — >99,95% Мп). [c.268]

    В случаях электролиза металлов, имеющих наиболее электроотрицательные электродные потенциалы (алю-мииий, магний, натрий и др.), использовать в качестве электролиза водные растворы их солей ие представляется возможным, так как на катоде будет выделят1 ся в основном водород и содержащиеся в электролите и аноде примеси. В этом случае прибегают к получению металлов электролизом из расплавленных соединений их солей. Такие расплавленные соединения обычно имеют высокую электропроводность, т. е. ЯВЛЯЮТСЯ хорошо диссоциированными электролитами, подчиняющимися те1 же законам электрохимии, как и водные растворы. Отсутствие воды упрощает ход электролиза, однако усложняющим фактором является высокая температура расплава, что приводит к резкому возрастанию скорости химических реакций между электролитом, продукта ми электролиза, электродами, футеровкой и воздухом. Это предъявляет дополнительные требования к материалам и конструкции электролизных ванн. [c.332]

По типовым технологиям производства

На тему:  «ЭЛЕКТРОЛИЗ.

 Водные растворы солей»

План

Электролиз – это совокупность процессов, протекающих в растворе или расплаве электролита, при пропускании через него электрического тока. Электролиз является одним из важнейших направлений в электрохимии.

Электрохимия принадлежит к числу тех немногих наук, дата рождения которых может быть установлена с высокой точностью. Это рубеж XVIII и XIX веков, когда благодаря знаменитым опытам итальянского физиолога Л. Гальвани и созданию итальянским физиком А. Вольта в 1799 г. «вольтова столба» — первого в истории человечества химического источника тока -были сформулированы проблемы, решение которых определило основные задачи электрохимии. «Без химии путь к познанию истинной природы электричества закрыт» — сказал   М.В. Ломоносов. И, действительно, как бы следуя словам великого ученого, создавалась и развивается наука – электрохимия.

Еще в начале позапрошлого столетия было установлено, что при прохождении электрического тока через водные растворы солей происходят химические превращения, приводящие к образованию новых веществ. В результате этого, в начале прошлого века возникло научное направление по изучению электрохимических процессов в растворах и расплавах веществ – электрохимия. К концу семидесятых годов оно разделилось на два самостоятельных раздела – ионику, изучающую явления электропроводности и движения заряженных частиц под воздействием электрического поля, и электродику, изучающую явления происходящие непосредственно на поверхности электродов, когда через границу электрод-раствор (расплав) протекает электрический ток. Химические превращения, происходящие при воздействии электрического тока на вещества, называются электролитическими.

       Электролиз представляет собой довольно сложную совокупность процессов, к которым относятся: миграция ионов (положительных к катоду, отрицательных к аноду), диффузия ионов, разряжающихся на электродах, электрохимические реакции разряда ионов, вторичные химические реакции продуктов электролиза между собой, с веществом электролита и электрода.

       Технический или прикладной электролиз характеризуется сложностью протекающих в промышленных условиях электролитических процессов, различными видами электролиза, их зависимостью от природы электролита, типа электролитической ванны, оптимизации  самих электролизных процессов.

Электролитические процессы классифицируются следующим образом:

        получение неорганических веществ(водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.)

·       получение металлов (литий, натрий, калий, бериллий, магний, цинк, алюминий, медь и т.д.)

·       очистка металлов (медь, серебро,  …)

·       получение металлических сплавов

·       получение гальванических покрытий

·       обработка поверхностей металлов (азотирование, борирование, электрополировка, очистка)

·       получение органических веществ

·       электродиализ и обессоливание воды

·       нанесение пленок при помощи электрофореза

 Актуальность электролиза объясняется тем, что многие вещества получают именно этим способом. Например, такие металлы как никель, натрий, чистый водород и другие, получают только с помощью этого метода. Кроме того с его  помощью электролиза относительно легко можно получить чистые металлы, массовая доля самого элемента в которых стремиться к ста процентам. В промышленности алюминий и медь в большинстве случаев получают именно электролизом. Преимущество этого способа в относительной дешевизне и простоте. Однако чтобы производство было наиболее выгодным: с наименьшими затратами электроэнергии и с наибольшим выходом продукции, необходимо учитывать различные факторы, влияющие на количество и качество продуктов электролиза (сила тока, плотность тока, температура электролита, материал электродов и др.).

На сегодняшний день большой популярностью пользуются различные предметы, покрытые драгоценными металлами. (позолоченные или посеребренные вещи).

К тому же металлические изделия покрывают слоем другого металла электролитическим способом целью защитить его от коррозии.

Таким образом, исследование электрохимических процессов, определение факторов, влияющих на них, установление новых способов использования процессов электролиза в промышленных условиях сохранило свою актуальность и востребованность в наши дни.

В своей работе нами были определены следующие задачи:

— ознакомление с теоретическими основами электролитических процессов;

— определить влияние различных факторов на качественный и количественный состав продуктов электролиза;

— выделить области практического применения электролиза;

— экспериментально определить влияние качественного состава исходного электролита на состав продуктов электролиза.

Теоретическое обоснование процессов электролиза.

Электролиз протекает только в тех средах, которые проводят электрический ток. Способностью проводить ток обладают также водные растворы оснований и солей. Безводные кислоты – очень плохие проводники, но водные растворы кислот хорошо проводят ток. Растворы кислот, оснований и солей в других жидкостях в большинстве случаев тока не проводят, но и осмотическое давление таких растворов оказывается нормальным, точно так же не проводят тока водные растворы сахара, спирта, глицерина и другие растворы с нормальным осмотическим давлением.

Различные отношения веществ к электрическому току можно иллюстрировать следующим опытом.

Соединим провода идущие от осветительной сети, с двумя угольными электродами. В один из проводов включим электрическую лампу, позволяющую грубо судить о наличии тока в цепи. Погрузим теперь свободные концы электродов в сухую поваренную соль или безводную серную кислоту. Лампа не загорается, т.к. эти вещества не проводят тока и цепь остается не замкнутой. То же самое происходит, если погрузить электроды в стакан с чистой дистиллированной водой. Но стоит только растворить в воде немного соли или прибавить к ней какой-нибудь кислоты или основания, как лампа тотчас же начинает ярко светиться. Свечение прекращается если опустить электроды в раствор сахара или глицерина и т.п.

Таким образом, среди растворов способностью проводить ток обладают преимущественно водные растворы кислот, оснований и солей. Сухие соли, безводные кислоты и основания (в твердом виде) тока не проводят; почти не проводит тока чистая вода, очевидно, что при растворении в воде кислоты основания или соли  подвергаются каким-то глубоким изменениям, которые и обуславливают электропроводность получаемых растворов.

Электрический ток, проходя через растворы, вызывает в них, так же как и в расплавах, химические изменения, выражающиеся в том, что из растворов выделяются продукты разложения растворенного вещества или растворителя. Вещества, растворы которые проводят электрический ток, получили названия  электролитов. Электролитами являются кислоты, основания и соли.

Химический процесс, происходящий при пропускании тока через раствор электролита, называется электролизом. Исследуя продукта, выделяющиеся у электрода, при электролизе кислот, оснований и солей, установили, что у катодов всегда выделяются металлы и водород, а у анода кислотные остатки или гидроксильные группы, которые затем подвергаются дальнейшим изменениям. Таким образом, первичными продуктами электролиза оказываются те же части кислот, оснований и солей, которые при реакциях обмена, не изменяются, переходят из одного вещества в другое.

Теперь, рассмотрим процесс электролиза подробнее.

Через проводники первого рода электричество переносится электронами, а через проводники второго рода—ионами. В тех местах электрической цепи, где проводник первого рода граничит с проводником второго рода, электроны вступают во взаимодействие с ионами — происходят электрохимические процессы. Если эти процессы протекают самопроизвольно, то система называется химическим источником энергии. Если же их протекание обусловлено подводом электрической энергии извне, то происходит электролиз.

Примером электролиза может служить электролиз расплава хлорида магния. При прохождении тока через расплав MgCl₂ катионы магния по действием электрического поля движутся к отрицательному электроду. Здесь, взаимодействуя с приходящими по внешней цепи электронами, они восстанавливаются.

Mg²⁺+2e^—=Mg

Анионы хлора перемещаются к положительному электроду, и, отдавая избыточные электроны, окисляются. При этом первичным процессом является собственно электрохимическая стадия—окисление ионов хлора

 2Cl^—=2Cl+2e^—

а вторичным — связывание образующихся атомов хлора в молекулы:

2Cl=Cl₂

Складывая уравнения процессов, протекающих у электродов, получим суммарное уравнение окислительно-восстановительной реакции, происходящей при электролизе расплава MgCl₂:

Mg²⁺ + 2Cl^-l=Mg + Cl₂

Эта реакция не может протекать самопроизвольно; энергия, необходимая для её осуществления, поступает от внешнего источника тока.

Как и в случае химического источника электрической энергии, электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом; электрод, на котором происходит окисление, называется анодом. Но при электролизе катод заряжен отрицательно, а анод — положительно, т.е. распределение знаков заряда электродов противоположно тому, которое имеется при работе гальванического элемента. При электролизе химическая реакция осуществляется за счёт энергии электрического тока, подводимой извне, в то время как при работе гальванического элемента энергия самопроизвольно протекающей в нем химической реакции превращается в электрическую энергию.

При рассмотрении электролиза растворов нельзя упускать из виду, что, кроме ионов электролита, во всяком водном растворе имеются ещё ионы, являющиеся ещё продуктами диссоциации воды—Н⁺ и ОН^—.В электролитическом поле ионы водорода перемещаются к катоду, а гидроксила—к аноду. Таким образом, у катода могут разряжаться как катионы электролита, так и катионы водорода. Аналогично у анода может происходить разряд, как анионов электролита, так и ионов гидроксила. Кроме того, молекулы воды также могут подвергаться электрохимическому окислению или восстановлению.

Какие именно электрохимические процессы будут протекать у электродов при электролизе, прежде всего, будет зависеть от соотношения электродных потенциалов соответствующих электрохимических систем. Это означает, что на катоде будут восстанавливаться окисленные формы электрохимических систем. Из нескольких возможных процессов будет протекать тот, осуществление которого сопряжено с минимальной затратой энергии. Это означает, что на катоде будут восстанавливаться окисленные формы электрохимических систем, имеющих наибольший электродный потенциал, а на аноде будут окисляться восстановленные формы систем с наименьшим электродным потенциалом. На протекание некоторых электрохимических процессов оказывает тормозящее действие материал электрода; такие случаи оговорены ниже.

Рассматривая катодные процессы, протекающие при электролизе водных растворов, нужно учитывать величину потенциала процесса восстановления ионов водорода. Этот потенциал зависит от концентрации ионов водорода и в случае нейтральных растворов (рН=7) имеет значение
φ=-0,059*7=-0,41 В. Отсюда ясно, что если электролит образован металлом, электродный потенциал которого значительно положительнее, чем –0,41 В, то из нейтрального раствора у катода будет выделяться металл. Такие металлы находятся в ряду напряжений вблизи водорода (начиная приблизительно от олова) и после него. Наоборот, в случае электролитов, металл которых имеет потенциал значительно более отрицательный, чем –0,41 В, металл восстанавливаться не будет, а произойдёт выделение водорода. К таким металлам относятся металлы начала ряда напряжений—приблизительно до титана. Наконец, если потенциал металла близок к величине –0,41 В (металлы средней части ряда—Zn,Cr,Fe,Ni), то в зависимости от концентрации раствора и условий электролиза возможно как восстановление металла, так и выделение водорода; нередко наблюдается совместное выделение металла и водорода.

Электрохимическое выделение водорода из кислых растворов происходит вследствие разряда ионов водорода. В случае же нейтральных или щелочных сред оно является результатом электрохимического восстановления воды:

2Н₂О + 2е^— =Н₂ + 2ОН^—

Таким образом, характер катодного процесса при электролизе водных растворов определяется прежде всего положением соответствующего металла в ряду напряжений. В ряде случаев большое значение имеют р.-Н. раствора, концентрация ионов металла и другие условия электролиза.

При рассмотрении анодных процессов следует иметь в виду, что материал анода в ходе электролиза может окисляться. В связи с этим различают электролиз с инертным анодом и электролиз с активным анодом. Инертным называется анод, материал которого не претерпевает окисления в ходе электролиза. Активным называется анод, материал которого может окисляться в ходе электролиза. В качестве материалов для инертных анодов чаще применяют графит уголь, платину.

На инертном аноде при электролизе водных растворов щелочей, кислородсодержащих кислот и их солей, а также фтористоводородной кислоты и фторидов происходит электрохимическое окисление воды с выделением кислорода. В зависимости от р.-Н. раствора этот процесс протекает по-разному и может быть записан различными уравнениями. В щелочной среде уравнение имеет вид

  4ОН^— =О₂ + 2Н₂О + 4е^—

 а в кислой или нейтральной:

        2Н₂О =О₂ + 4Н⁺ + 4е^—

 В рассматриваемых случаях электрохимическое окисление воды является энергетически наиболее выгодным процессом. Кислородсодержащие анионы или не способны окисляться, или их окисление происходит при очень высоких потенциалах. Например, стандартный потенциал окисления иона SO₄^2-

 2SO₄^2- =S₂O₈^2- + 2e^—

 равен 2,010 В, что значительно превышает стандартный потенциал окисления воды (1,228 В). Стандартный потенциал окисления иона F^— имеет ещё большее значение (2,87 В).

  в ряду стандартных электродных потенциалов. Эта аномалия связана со значительным перенапряжением второго из этих двух электродных процессов—материал анода оказывает тормозящее действие на процесс выделения кислорода.

Законы Фарадея

1. Закон Фарадея.

Масса вещества, выделившегося на электроде при прохождении по раствору электролита электрического тока, прямо пропорциональна количеству электричества.

∆m=k_эQ
где ∆m – количество прореагировавшего вещества; Q – количество электричества; k_э – коэффициент пропорциональности, показывающий, сколько вещества прореагировало при прохождении единицы количества электричества. Величина, k называется электрохимическим эквивалентом.

k=M/(N_Az│e│)

где z – валентность иона; M – молярная масса вещества, выделившегося на электроде; N_A—постоянная Авогадро. │e│= 1,6• 10^-19Кл.

2. Закон Фарадея.

Согласно второму закону Фарадея, при определённом количестве прошедшего электричества отношения масс прореагировавших веществ равно отношению их химических эквивалентов:

 ∆m₁/A₁ =∆m₂/A₂=∆m₃/A₃=const

Химический эквивалент элемента, равен отношению части массы элемента, которая присоединяет или замещает в химических соединениях одну атомную массу водорода или половину атомной массы кислорода, к 1/12 массы атома С¹². Понятие “ химический эквивалент” применимо и к соединениям. Так, химический эквивалент кислоты численно равен ее молярной массе, деленной на основность (число ионов водорода), химический эквивалент основания – его молярная массе, деленной на кислотность (у неорганического основания – на число гидроксильных групп), химический эквивалент соли – ее молярной массе, деленной на сумму зарядов катионов или анионов.

Факторы от которых зависит электролиз

Эффективность электролиза оценивают рядом факторов, к которым относятся: сила тока, напряжение, плотность тока, КПД источника тока, выход по току, выход по веществу, коэффициент полезного действия электроэнергии (выход по энергии), расход электроэнергии на единицу полученного продукта.

Сила тока или нагрузка на электролизёр характеризуют его производительность. Чем выше сила тока, пропускаемого через электролизёр, тем больше продукта можно получить при эксплуатации данного электролизёра. Наблюдается тенденция к созданию мощных электролизёров, рассчитанных в некоторых случаях на десятки и сотни тысяч Ампер (производство хлора, алюминия и т.д.) напряжение на электролизёре складывается из нескольких составляющих:

U=e_a-e_k + ∆e_a + ∆e_k + e_эл.-e_диафр.+ e_конт.

где: U—общее напряжение на ячейке; e_a и e_k – равновесные потенциалы анодной и катодной реакции; e_эл. и e_диафр – падение напряжения в электролите и в диафрагме; e_конт.—падение напряжения в контактах. Сумма e_a-e_k называется напряжением разложения. Эта величина соответствует расходу на электролиз электроэнергии, которая идёт непосредственно на изменение внутренней энергии веществ.

При электролизе стремятся к уменьшению напряжения на ячейке за счёт величины поляризации и омического состояния баланса напряжения, то есть слагаемых, обусловленных необратимостью процесса. Напряжение разложения обусловлено природой реагирующего вещества, а поэтому не может быть изменено. Значения ∆e_k и ∆e_a могут быть изменены в зависимости от характера электрохимической реакции, протекающей на электроде, путём перемешивания, повышения температуры электролита, изменения состояния поверхности электрода и за счёт ряда других факторов.

Падение напряжения в электролите, выражаемое уравнением R=ρl/s, где ρ—удельное сопротивление электролита, Ом·см, l—расстояние между электродами, см (без учета диафрагмы), S—площадь поперечного сечения электролита, через которую проходит электрический ток см², может быть уменьшено, как следует из приведённого выражения, сближением электродов, введением в раствор более электроотрицательных добавок, а также повышением температуры. Если электролиз сопровождается образованием газов, то приведённое выше выражение не всегда точно соответствует падению напряжения в электролите. Это объясняется тем, что выделяющиеся на электродах пузырьки газов уменьшают активное сечение электролита S и удлиняют путь тока от одного электрода к другому. Это явление называется газонаполнением, которое может быть определено как отношение объёма занимаемого в данный момент пузырьком воздуха к общему объёму электролитической ячейки. Влияние газонаполнения на электропроводность электролита может быть учтено с помощью следующего выражения:

ρ/ρ₀=1-1.78φ+φ²

где ρ и ρ₀ – соответственно удельные сопротивления сплошного и газонаполненного электролита, φ – газонаполнение. Величина φ может быть уменьшена повышением температуры, а также особым устройством электродов, обеспечивающих свободное удалением газов из ячейки.

Падение напряжения в диафрагме было оценено при решении вопроса о роли диафрагмы в электролизе. Что касается падения напряжения в контактах, то эта величина зависит от совершенства контактов, чистоты контактирующих поверхностей. Существует довольно много конструктивных решений электродных контактов.

Коэффициентом полезного использования напряжения называется отношение напряжения разложения к общему напряжению на   ванне:

η_напр=( e_a-e_k)/U

Плотностью тока называется отношение силы, проходящего через электролит тока к величине поверхности электрода; измеряют в А/см² (дм² или м²). В промышленности работают с различными плотностями тока – от нескольких сотен А/см² (гальваностегия, гидроэлектрометаллургия, производство Хлора) до нескольких тысяч А/см² (электролиз расплавов, электросинтез и т.д.)

Величина плотности тока характеризует количество продукта, получаемого с единицы электродной поверхности, т.е. продуктивность электролизёра. Поэтому, если повышение плотности тока не вызывает падения выхода продукта электролиз, стремятся к проведению процесса с максимально возможными плотностями тока. Однако при выборе оптимальных значений плотностей тока в некоторых случаях необходимо принимать во внимание увеличение себестоимости продукта за счёт повышения расхода электроэнергии на электролиз вследствие увеличения напряжения с ростом плотности тока. При электролизе ток, который пропускают через электролит, может расходоваться на несколько параллельных электрохимических реакций. Например, при электролизе водных растворов реакциям электрохимического окисления или восстановления, сопутствует реакция разложения воды на О₂ и Н₂, выделяющиеся соответственно на аноде и катоде. При электролизе, криолитоглиноземных расплавов ток в определённых условиях может расходоваться не только на выделение алюминия, но и на образование на катоде металлического натрия.

Следовательно, пропускаемый через электролит ток распределяется между несколькими процессами, протекающими на данном электроде одновременно:

I=i₁+i₂+i₃+…+i _n
где: I – ток, протекаемый через электролизёр; i₁ и i₂ – ток, расходуемый в единицу на первую и второю электролитическую реакцию.

Для того чтобы учитывать эффективность использования пропущенного через электролизёр количества электричества на образования того или иного продукта вводится понятие выхода по току.

Выход по току – отношение количества теоретически необходимого для получения того или иного количества электричества (по закону Фарадея) к практически затраченному количеству электричества. С целью уменьшения затрат электроэнергии на побочные электрохимические реакции и повышения по току стремятся проводить электролиз в таких условиях, при которых затруднено разложение растворителя, т.е. велика поляризация при окислении или восстановлении растворителя (например перенапряжение кислорода или водорода). Это достигается повышением плотности тока, изменением температуры электролита, подбором материала электролита и т. д.

Выход по веществу – это отношение количества полученного в результате электрохимических реакций продукта к тому количеству, которое должно образоваться теоретически, исходя из данной загрузки исходного продукта. КПД использования электроэнергии (выход по энергии) – это отношение теоретически необходимого для получения единицы количества вещества электроэнергии к практически израсходованному. Теоретически необходимое количество электроэнергии – то количество ее, которое было бы необходимым для получения единицы количества вещества, если бы процесс происходил со 100% выходом по току и при напряжении, равном напряжению разложения. Следовательно, выход по энергии может быть определен по формуле:
η _э = W_п/N=η _тока * η _напр
Выход по току η_тока и по веществу, а также коэффициент полезного действия использования электроэнергии η_напр обычно измеряют в процентах. Расход электроэнергии обычно относят к единице произведенного количества продукта измеряют в Вт ч/кг или кВт ч/т. Для расчета расхода электроэнергии постоянного тока на 1т  произведенного электролизом продукта можно воспользоваться следующей формулой:
W=1*10⁶*U/k η _тока *1000
где: W – расход электроэнергии постоянного тока кВтч/т; U – напряжение на электролизере, В; k электрохимический эквивалент, грамм/а*r; η_тока – выход по току, доли единицы; 1000 – коэффициент для перевода вт*ч в квт*ч. Расход электроэнергии переменного тока на единицу произведенного продукта может быть определен делением расхода электроэнергии постоянного тока на то же количество коэффициента при образовании переменного тока в постоянный.

Между временем пропускания через раствор или расплав электролита электрического тока (количеством электричества) и количеством образующегося и расходуемого вещества имеются строгие количественные соотношения, определяемые законами Фарадея.

Электродный потенциал

 Если металл погрузить в воду, то его катионы начнут переходить в жидкость. Благодаря наличию электрического заряда у катиона на поверхности металла остается равный по величине, но противоположный по знаку заряд в виде избыточных электронов, то есть поверхность металла становиться отрицательно заряженной. Она начинает притягивать к себе положительно заряженные ионы металла, которые уже перешли в раствор и, таким образом, катионы не могут свободно перемещаться в объем раствора. Поэтому на границе металла с раствором возникает двойной электрический слой, который можно представить себе в виде плоского конденсатора, отрицательная обкладка которого – это поверхность металла, а положительная – соприкасающийся с ним слой растворенных ионов. Уже после растворения очень небольшого числа ионов заряд двойного слоя настолько возрастает, что дальнейшее растворение металла прекращается.

Диафрагма

В тех случаях, когда необходимо исключить взаимодействие продуктов электролиза, образующихся на аноде и катоде, в электролизёр вводится пористая перегородка – диафрагма, разделяющая его минимум на два электродных пространства – анодное и катодное. Раствор, заливаемый в анодное пространство, называется анолитом, в катодное – католитом. Диафрагмы бывают погружённые и фильтрующие. Погружённые диафрагмы должны иметь диффузионное сопротивление и быть селективно проницаемы лишь для ионов электролита, но задерживать продукты электролиза. Фильтрующие диафрагмы, обладающие низким диффузионным сопротивлением применяют в тех случаях, когда, электролиз проводят в противоположном направлении – электролит перетекает через диафрагму из одного электродного пространства в другое, навстречу движению ионов, обуславливающих электропроводность раствора.

Диафрагмы характеризуются объёмной пористостью, протекаемостью, электрическим сопротивлением. Объёмная пористость диафрагмы, характеризуемая долей объёма пор к общему объёму диафрагмы, определяется уравнением

g=1-d _каж/d _ист

где d_каж  — кажущаяся плотность диафрагмы, d_ист – истинная плотность. Объёмная пористость измеряется в долях единицы или процентах. Протекаемость диафрагмы p зависит от площади диафрагмы, поверхности диафрагмы (S м²), толщины (δ см), гидростатическое давление h (см. вод. ст.), вязкости η (спуаз) и времени протекания r (час).

p=kShr/δ η

где k – коэффициент протекаемости, величина, характерная для данного вида диафрагмы. Электрическое сопротивление диафрагмы R может быть определено из следующего соотношения:

 R=ρδβ²/gS
где – β – коэффициент извилистости пор, показывающий, во сколько раз длина поры превышает длину диафрагмы.

Диафрагмы должны обладать хорошей химической стойкостью в условиях электролиза и достаточной механической прочностью. Материалом для изготовления диафрагмы служат асбест, керамика, пластмассы. В некоторых случаях, например при электролиз расплавов, применяют металлические диафрагмы. В последние годы в процессе электролиза получают распространение ионитовые диафрагмы, проницаемые только для ионов одного заряда (катионы или анионы) не только препятствует взаимодействию продуктов электролиза, но и позволяют предотвратить или существенно уменьшить образование окисления или восстановления этих продуктов на электродах. В этом случае применяют либо погруженные диафрагмы, либо ионитовые.

Количественное описание электролитических процессов.

Электролиз связан с наложением определённого электрического поля, под действием которого в электролите могут возникать некоторые характерные процессы. Электрокинетические процессы происходят в тех случаях, когда одна фаза диспергированна в другой; к их числу относится электрофорез – движение взвешенных твёрдых частиц внутри жидкости. При наложении электрического поля наблюдается явление электроосмоса – движение жидкости относительно твердого тела.

Аппарат для электролиза называется электролизёром или электролитической ванной. Простейшая схема электролизёра представлена на рис. 1. Корпус электролизёра изготовляют из стали, керамики, пластмассы, стекла. Для защиты от коррозии и действия высоких температур корпус электролизёра иногда изнутри гумлеируют, выкладывают пластмассой, огнеупорным кирпичом или коррозионностойкими в данной среде металлами. Для поддержания определённого теплого режима в некоторых случаях снабжают теплоизоляцией.

Для изготовления катодов применяют сталь, многие цветные металлы, ртуть, свинец, платину, цинк, олово, медь, алюминий, сплавы металлов, уголь или графит. Аноды бывают растворимые и нерастворимые. Растворимые аноды изготавливают из вышеупомянутых цветных металлов, углеродной стали, некоторых других сплавов, нерастворимые аноды – из платины, графита или угля, никеля, нержавеющей стали, двуокиси свинца, двуокиси марганца, магнетита., в некоторых случаях используют биометаллические аноды, у которых тонкий слой драгоценного металла, например платины, наносится на токопроводящую основу из другого металла, инертного в данном электролите и в данных условиях. Материал для электрода выбирается с учётом многих факторов – природы исходного и конечного продуктов электролиза, природы электролита, условий проведения процесса и т.д.

Электролитами могут быть минеральные или органические кислоты, соли и их смеси. В некоторых случаях электролит одновременно является исходным веществом для получения того или иного продукта электрохимического окисления или восстановления, в других случаях – лишь токопроводящей добавкой. Растворителями для электролитов служат вода, спирты, пиридин, диметилформальдегид, ацетонитрил и некоторые другие органические соединения или их смеси. Электролиз можно проводить и без растворителя, в расплаве электролита или смеси электролитов.

Электролиз широко применяется в различных отраслях промышленности. В химической промышленности электролизом получают такие важные продукты как хлор и  щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, перманганат калия, органические соединения, химически чистые водород, кислород, фтор и ряд других ценных продуктов.

В цветной металлургии электролиз используется для рафинирования металлов, для извлечения металлов из руд. Металлы, которые не могут быть выделены из водных растворов вследствие высокого отрицательного потенциала получают в цветной металлургии электролизом расплавленных сред, в качестве которых служат соли этих металлов, содержащие добавки различных соединений, вводимые с целью понижения температуры плавления расплава, повышения электропроводности и т.д. К числу металлов, получаемых электролизом расплавленных сред относятся алюминий, магний, цирконий, титан, уран, бериллий и ряд других металлов.

Электролиз применяют во многих отраслях машиностроения, радиотехники, электронной, полиграфической промышленности для нанесения тонких покрытий металлов на поверхность изделий для защиты их от коррозии, придания декоративного вида, повышения износостойкости, жаростойкости, получения металлических копий.

В основу классификации промышленных ванн могут быть положены различные признаки. Например, по типу полярности ванны могут быть монополярными, биполярными и комбинированными.

       В промышленных ваннах применяются различные типы катодов: неподвижные  цельнометаллические, подвижные цельнометаллические(лента),  неподвижные пористые неметаллические, насыпные металлические и т.д.

       Аноды же могут быть расходуемые(вступающие в химическую реакцию),

растворимые твердые, растворимые жидкие, нерастворимые твердые  и пористые, нерастворимые.

       Сочетание вышеперечисленных типов анодов и катодов с учетом целей электролиза приводит к следующим типам электролизеров: горизонтальные с жидким ртутным катодом, с вертикальными катодами и фильтрующей диафрагмой, с горизонтальной диафрагмой, с проточным электролитом, с движущимися электродами, с насыпными электродами и т.д.

       Для электролиза могут быть использованы следующие типы электролитов: водные растворы солей, кислот, оснований; неводные растворы в неорганических растворителях; неводные растворы в органических растворителях ; расплавленные соли; твердые электролиты; газы.

       К лучшим материалам для нерастворимых анодов относятся специальные сорта графита, двуокись свинца, магнетит, композиции на основе тантала и титана.

       Несмотря на большое разнообразие электролитов, электродов, электролизеров, имеются общие проблемы технического электролиза. К ним следует отнести перенос зарядов, тепла, массы, распределение электрических полей. Для ускорения процесса переноса целесообразно увеличивать скорости всех потоков и применять принудительную конвекцию. Электродные процессы могут контролироваться путем измерения предельных токов.

       При проектировании любого электрохимического производства необходимо выяснить все возможности оптимизации электролизных процессов. Оптимизация условий электролиза имеет большое значение как при составлении энергетического баланса, так и при определении капиталовложений.

       Оптимизации должны быть подвергнуты число ванн, способы очистки электролита, конструкции ванн, материалы электродов, типы электродов. Кроме того очень важно оценить оптимальные значения силы тока, сопротивления электролизной ячейки.

Экспериментальная часть.

Электролиз проводился при силе тока 2 А. Электролизер состоял из стеклянной электролитической ванны и графитовых электродов.

Урок «Электролиз растворов и расплавов». 11 класс (подготовка к ЕГЭ).

Урок «Электролиз растворов и расплавов».

11 класс (подготовка к ЕГЭ)

учитель химии МАОУ «Лицей 29» г. Тамбов

Дегтярева Елена Эдуардовна.

Цель: сформировать у учащихся представление об электролизе водных растворов и расплавов электролитов. 

Задачи:

•  расширяют знания об электролизе как окислительно-восстановительном процессе;

• научить учащихся определять процессы, происходящие на электродах, составлять суммарные уравнения реакции электролиза.

• углубить знание окислительно-восстановительных процессов, понимание практического значения электролиза в жизни человека.

• разобрать задания 22 и 32 ЕГЭ по теме «Электролиз».

Тип урока: изучение нового материала.

Ход урока:

Учитель: При изучении темы «Способы получения металлов» мы говорили об электрометаллургии.

Учитель: Что такое электрометаллургия?

Ученик: Электрометаллургия – это восстановление металлов в процессе электролиза расплавов или растворов солей. Электролизом получают многие металлы, щелочи, водород, кислород, органические вещества и др.

Учитель: Что такое электролиз?

Движение ионов в растворе или расплаве электролита является хаотическим, беспорядочным. Но если в раствор или расплав электролита опустить электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться упорядоченно к электродам: катионы – к катоду, анионы – к аноду.

Прибор, в котором проводят электролиз, называется электролизёром или электролитической ванной (рис. 1).

На катоде, отрицательно заряженном электроде (-), происходит процесс восстановления, на аноде, положительно заряженном электроде (+) — процесс окисления. Восстановительное и окислительное действие электрического тока сильнее действия химических восстановителей и окислителей. Это явление называется электролизом.

Рис. 1. Электролизер.

Таким образом, электролиз — это совокупность ОВР, протекающих на электродах в растворах или расплавах электролитов при прохождении постоянного электрического тока.

Сущность электролиза заключается в том, что за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самопроизвольно.

На характер течения электродных процессов при электролизе большое влияние оказывает состав электролита, растворитель, материал электродов и режим электролиза (напряжение,  плотность тока, температура и т.д.).

Различают электролиз расплавов и растворов электролитов. В последнем случае в процессе электролиза  будут участвовать молекулы воды.  

Для определения результатов электролиза существует ряд правил, которые вы должны выучить. Запишем их в тетрадь.

Процессы идущие на катоде (восстановление).

1. В расплавах катионы металлов восстанавливаются до свободного металла

^{Мn+ + nе М0}

2. В растворах (процесс на катоде не зависит от материала электрода, а зависит от активности металла).

а) Если металл расположен в ряду напряжений до Al включительно, то на катоде идёт процесс восстановления воды:

2Н₂О +2е → Н₂ + 2ОН^—

б) Если металл расположен в ряду напряжений между Al и Н₂ то на катоде идут одновременно процессы восстановления воды и катионов металла:

^{Мn+ + nе М0}

2Н₂О +2е → Н₂ + 2ОН^—

в) Если металл расположен в ряду напряжений после Н_2, то на катоде идет процесс восстановления катионов металла:

^{Мn+ + nе М0}

3. При электролизе растворов кислот идет процесс восстановления ионов водорода:

2Н⁺ +2е → Н₂⁰

Процессы, идущие на аноде (окисление).

1. В расплавах анионы бескислородных кислот окисляются до соответствующего простого вещества, например:

2Cl^— — 2e Cl₂⁰

Кислородсодержащие анионы выделяют кислород и превращаются в один из оксидов, например:

                   SО₄^2- — 2е → SО₂ + О₂⁰↑

2. В растворах (процесс на аноде зависит от материала электрода).

Аноды могут быть двух видов растворимые (железо, медь, цинк, серебро и металлы . которые окисляются в процессе электролиза) и нерастворимые , или инертные (графит, платина).

а) Если анод растворимый, то независимо от природы аниона, всегда идёт окисление металла анода, например:

Cu⁰ – 2e Cu²⁺

б) Если анод инертный.

• В случае бескислородных анионов (кроме фторидов) идет окисление анионов:

2Cl^— — 2e Cl₂⁰

• В случае кислородсодержащих анионов и фторидов идет процесс окисления воды, анион при этом не окисляется, остается в растворе:

  2Н₂О + 4е O₂ + 4Н⁺

3. При электролизе растворов щелочей идет окисление гидроксид ионов:

4ОН^— — 4е О₂⁰ + 2Н₂О.

4. При электролизе расплавов оксидов на аноде окисляется кислород:

2О^2- — 4е О₂⁰

Рассмотрим схемы электролиза расплавов и растворов электролитов и сравним их.

Схема процесса электролиза расплава NаСℓ

NaСl → Nа⁺ + Cℓ^— (процесс диссоциации)

(-) катод:  Nа⁺                   Nа⁺ + е → Na 2 восстановление

(+) анод: Сℓ^—                2Сℓ^— — 2е → Сℓ₂ 1 окисление

    Суммарное ионное уравнение:     Nа⁺ +2Сℓ^— 2Na + Сℓ₂

Молекулярное уравнение электролиза расплава NаСℓ

2NаСℓ → 2Na + Сℓ₂.

Электролизом расплавов солей получают щелочные металлы.

Схема электролиза раствора хлорида натрия с угольными электродами.

NaСℓ → Nа⁺ + Cℓ^—

(-) катод Nа⁺, Н₂О      2Н₂О +2е → Н₂ + 2ОН^— 1 восстановление

(+) анод: Cℓ^—, H₂O        2 Cℓ^— — 2е → Cℓ₂ 1 окисление

Суммарное ионное уравнение: 2 Cℓ^—+ 2Н₂О → Н₂↑ + 2OH^— + Сℓ₂↑.

Суммарная схема процесса электролиза 2 NaСℓ + 2Н₂О → Н₂↑ + 2NaOH + Сℓ₂↑.

Схемы электролиза расплава и раствора NaСℓ существенно отличаются. В результате электролиза водного раствора NaСℓ на катоде выделяется водород, на аноде – хлор, а при катодном пространстве образуется гидроксид натрия.

Сравним схемы электролиза расплава и раствора Na₂SО₄.

Схема электролиза расплава сульфата натрия может быть представлена следующим образом

Na₂SО₄ → 2Nа⁺ + SО₄^2-

(-) катод:  Nа⁺                       Nа⁺ + 1е → Nа⁰ 4

(+) анод: SО₄^2-                     2 SО₄^2- — 4е → 2SО₃ + О₂ 1

^{4Nа+ +  2 SО₄2- → 4Nа0 + 2SО₃↑+ О₂↑}

2Na₂SО₄ → 4Nа + 2SО₃↑+О₂↑ .

Электролиз раствора сульфата калия с угольными электродами.

Поскольку калий в ряду напряжений стоит значительно раньше водорода, то у катода будет восстанавливаться вода, выделяться водород и накапливаться ионы ОН^—. У анода выделяется кислород и накапливаются ионы Н⁺. При перемешивании раствора он будет нейтральным.

K₂SO₄ ® 2K⁺+ SO₄^2-

(-) катод К⁺ , Н₂О 2H₂O + 2e H₂ + 2OH^— 2

(+) анод: SO₄^2- , Н₂О 2H₂O — 4e O₂ + 4H⁺ 1

6H₂O 2H₂ +4OH^— + O₂ + 4H⁺

2H₂O 2H₂ + O₂

По сути, электролиз раствора K₂SO₄ сводится к уравнению электролиза воды. И тем не менее соль играет в процессе электролиза свою роль: она придает раствору электропроводность, без чего процесс электролиза происходил бы значительно медленнее.

Рассмотрим электролиз раствора сульфата цинка с инертными электродами.

ZnSO₄ ® Zn²⁺ + SO₄^2-

(-) катод Zn²⁺ , Н₂О (+) анод: SO₄^2- , Н₂О

_{Zn ²⁺ + 2e Zn⁰ 2H2O — 4e O2 + 4H⁺}

2H₂O + 2e H₂ + 2OH^—

Суммарное уравнение ZnSO₄ + 2H₂O Zn + H₂↑ + O₂ ↑+ H₂SO_4.

В результате электролиза ZnSO₄ на катоде протекают два параллельных процесса и восстановление цинка и восстановление молекул воды, так как цинк в ряду напряжений металлов находится между Al и Н₂.

Электролиз раствора нитрата меди с инертными электродами:

Cu( NО₃)₂ ® Cu²⁺+ 2NO₃^—

(-) катод Cu²⁺ , Н₂О Сu²⁺+ 2e Cu 2

(+) анод: 2NO₃^— , Н₂О 2H₂O + 4e O₂ + 4H⁺ 1

Сu²⁺ + 2H₂O 2Cu + O₂ + 4H⁺

Суммарное уравнение электролиза: 2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O 2Cu + O₂ + 4HNO₃

Электролиз раствора нитрата меди с растворимым медным анодом электродами:

Cu( NО₃)₂ ®Cu²⁺+ 2NO₃^—

(-) катод: Cu²⁺ , Н₂О Сu²⁺+ 2e Cu

(+) анод (Сu): Сu⁰— 2e Cu ²⁺

Cu(анод) Cu(катод)

Электролиз в данном случае сводится к растворению металла анода и выделению его на катоде. Такую схему электролиза с растворимым анодом используют для получения металлов высокой чистоты (рис.2) и для покрытия одного металла слоем другого.

Рис. 2 Электролитическое рафинирование (очистка) меди.

Электролиз солей карбоновых кислот (уравнение А. Кольбе)

СН₃СООNa →СН₃СОО^— + Na⁺

(-) катод: Na⁺, Н₂О 2H₂O + 2e H₂ + 2OH^—

(+) анод: 2СН₃СОО^— -2е СН₃-СН₃ + 2СО₂

2СН₃СОО^— + 2H₂O H₂ + 2OH^— + СН₃-СН₃ + 2СО₂

2СН₃СООNa + 2H₂O H₂ + 2NaOH + СН₃-СН₃ + 2СО₂

Анион карбоновой кислоты окисляется на аноде, образуя СО₂ и свободный алкильный радикал. Алкильные радикалы димеризуются на поверхности анода.

На катоде восстанавливаются молекулы воды, выделяется водород, при анодном пространстве образуется гидроксид натрия.

Количественные характеристики электролиза

С количественной стороны процесс электролиза был впервые изучен в тридцатых годах Х1Х века английским физиком Фарадеем, который установил два закона электролиза:

а) 1 закон Фарадея

масса электролита, подвергшаяся превращению при электролизе, а также массы образующихся на электродах веществ, пропорциональна количеству электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита, и эквивалентным массам соответствующих веществ;

б) 2 закон Фарадея

при пропускании одинакового количества электричества через растворы или расплавы различных электролитов масса веществ, выделяющихся на электродах пропорциональна их химическим эквивалентам.

Оба закона объединяются общей формулой:

m = M_эJt/F = M_эJt/96500 = Q/96500,

где m – масса окисленного или восстановленного вещества, г; M_э – эквивалентная масса вещества (г/моль), Q = Jt – количество электричества, прошедшего через электролит, Кл; J – сила тока, А; t – время, сек; F = 96500 – постоянная Фарадея.

M_э = M/n ,

Где n – число отдаваемых или принимаемых электронов.

m = M_{Jt/F n}

При практическом проведении электролиза расход тока превышает количество его, рассчитанное согласно закону Фарадея. Происходит это вследствие протекания тех или иных побочных процессов, поэтому в электрохимии используют понятие выход по току

(h). Отношение массы полученного веществ(m_практ) к массе, теоретически вычисленной (m_теор), называется выходом по току:

h = m _практ ×100% /m _теор

Решим примеры заданий ЕГЭ по теме «Электролиз».

В тестовом задании 22 не требуется написание схем электролиза, достаточно знать, какие процессы протекают на катоде и на аноде.

1. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Б) NaF

В) NaCl

Г) NaOH

1) Na, Cl₂

2) H₂, F₂

3) H₂, Cl₂

4) H₂, O₂

5) Na, F₂

Решение

А) Натрий — активный металл, поэтому на катоде будут восстанавливаться молекулы воды, с выделением водорода. На аноде идёт окисления молекул воды, с выделением кислорода, так как SO₄^2- — кислородсодержащий анион.

Ответ – 4.

Б) На катоде выделяется водород. На аноде – кислород, так как фторид анион не окисляется на аноде.

Ответ – 4.

В) На катоде выделяется водород. На аноде – хлор, так как Cl^— — бескислородный анион который окисляется на аноде до свободного хлора.

Ответ – 3.

Г) На катоде выделяется водород. На аноде – кислород, ОН^— — окисляется с выделением кислорода.

Ответ – 4.

Ответ 4434.

2. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Б) NaOH

В) KBr

Г) CuSO₄

1) Cu, O₂

2) O₂, Na

3) H₂, Br₂

4) K, O₂

5) K, Br₂

6) H₂, O₂

Ответ: 6631

3. Установите соответствие между названием вещества и способом его получения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Б) фтор

В) серебро

Г) магний

 1) раствором LiF

2) расплава LiF

3) раствора MgCl₂

4) раствора AgNO₃

5) расплава Ag₂O

6) расплава MgCl₂

А) Литий – активный металл, поэтому его можно получить только электролизом расплава его соли.

Ответ — 2

Б) Фтор не окисляется на аноде в растворе, поэтому его можно получить только из расплава его соли.

Ответ — 2

В) Серебро неактивный металл, поэтому его можно получить электролизом раствора его соли.

Ответ — 4.

Г) Магний– активный металл, поэтому его можно получить только электролизом расплава его соли.

Ответ — 6

Ответ: 2246

Знание темы «Электролиз» может понадобиться при выполнении заданий ЕГЭ по химии части С (задание 32). Здесь от учащихся уже требуется умение составлять уравнение процесса электролиза

4. При взаимодействии оксида алюминия с азотной кислотой образовалась соль, которую высушили и прокалили. Образовавшийся при прокаливании твердый остаток подвергли электролизу в расплавленном криолите. Полученный при электролизе металл нагрели с концентрированным раствором, содержащим нитрат калия и гидроксид калия, при этом выделился газ с резким запахом. Составьте уравнения четырех описанных реакций.

Решение

1. При взаимодействии оксида алюминия с азотной кислотой образовалась соль:

Al₂O₃ + 6HNO₃ = = 2Al(NO₃)₃ + 3H₂O.

2. Соль высушили и прокалили:

4Al(NO₃)₃ = 2Al₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂.

3. Образовавшийся при прокаливании твердый остаток подвергли электролизу в расплавленном криолите.

(-) катод: Al ³⁺ ; Al ³⁺ + 3e → Al⁰ 4

(+) анод: : О^2– ; 2О^2– – 4e → О₂⁰ 3

4Al³⁺ + 6О^2– → 4Al + 3O₂,

2Al₂O₃ 4Al + 3O₂↑.

4. Полученный при электролизе металл нагрели с концентрированным раствором, содержащим нитрат калия и гидроксид калия, при этом выделился газ с резким запахом:

8Al + 3KNO₃ + 5KOH + 18H₂O = = 8K[Al(OH)₄] + 3NH₃.

5. Вещество, полученное на аноде при электролизе раствора йодида натрия с инертными электродами, прореагировало с сероводородом. Образовавшееся твердое вещество сплавили с алюминием и продукт растворили в воде. Составьте уравнения четырех описанных реакций.

Решение

1. Вещество получено на аноде при электролизе раствора йодида натрия с инертными электродами.

NaI→ Nа⁺ + I^—

(-) катод Nа⁺, Н₂О      2Н₂О +2е → Н₂ + 2ОН^— 1 восстановление

(+) анод: I^—, H₂O        2I^— — 2е → I₂ 1 окисление

2 I^—+ 2Н₂О → Н₂↑ + 2OH^— + I₂↑.

2 NaI + 2Н₂О → Н₂↑ + 2NaOH + I₂↑.

2. Полученное вещество прореагировало с сероводородом:

I₂ + H₂S = S + 2HI.

3. Образовавшееся твердое вещество сплавили с алюминием:

3S + 2Al = Al₂S₃.

4. Продукт растворили в воде:

Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S.

Домашнее задание: учить составленный конспект. Учебник пар.21.

Решить задачи на закон Фарадея:

1. Ток силой 6 А пропускали через водный раствор серной кислоты в течение 1,5 ч. Вычислите массу разложившейся воды и объем выделившихся газов (н.у.).

(Ответ. 3,02 г H₂O; 3,76 л Н₂ и 1,88 л O₂.)

2. Ток силой 2,5 А, проходя через раствор электролита, за 30 мин. выделяет из раствора 2,77 г металла. Определите металл.

(Ответ. Олово.)

Используемая литература:

1. О.С. Габриелян Химия. Материалы для подготовки к единому государственному экзамену вступительным экзаменам в вузы / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – М. Дрофа, 2008. – С. 429- 433.

2. И.В. Тригубчак «Содержание и методика преподавания темы «Электролиз» / Учебно-методический журнал для учителей химии и естествознания. №7-8, 2013 г. С.12.

3. https://scienceforyou.ru/trenirovochnye-varianty-dlja-podgotovki-k-egje

Электролиз водных растворов меди — Энциклопедия по машиностроению XXL

Электролиз водных растворов Медь, железо, свинец, олово 0,1—30 Пористые подшипники, щетки электромашин, контакты, магнитные материалы  [c.104]

Электролиз. Электролиз водных растворов является наиболее распространённым методом для изготовления медных порошков. При электролизе меди осадок отлагается на катоде непосредственно в порошкообразном виде. Отложению на катоде порошкообразного, легко удаляемого и дисперсного осадка благоприятствуют малая концентрация ионов металла в исходном растворе, низкая температура и высокая плотность тока. Регулируя эти условия, а также циркуляцию электролита, с повышением которой уменьшается дисперсность порошка, можно получить продукцию с желаемой характеристикой.  [c.531]

Электролитическое рафинирование меди (электролиз водных растворов). ………………….443  [c.9]

Технологически более просто получать порошки электролизом водных растворов. Катодный осадок извлекают из электролитической ванны, промывают в холодной воде, снимают с катода и при необходимости подвергают размолу. Этим методом изготавливают порошки железа, меди, никеля и других металлов.  [c.18]

Сплавы индия с таллием обычно получают методом прямого сплавления. В работе [28] описан метод получения покрытий из этих сплавов на меди электролизом водных растворов их солей.  [c.496]

Электролиз водных растворов и расплавленных сред — второй по значению (после способа восстановления) способ можно получать порошки почти всех металлов получаемые порошки являются весьма чистыми благодаря очистке от примесей в процессе электролиза, однако стоимость получаемых порошков очень высока из-за низкой производительности и больших затрат электроэнергии получают порошки железа, никеля, меди, тантала, титана, тория, бериллия, серебра, хрома, марганца и различных сплавов на основе железа, никеля, меди.  [c.14]

Производство металлических порошков методом электролиза водных растворов в настоящее время с успехом конкурирует с другими методами, особенно в области получения таких технически важных металлов, как медь и железо.  [c.100]

Защитными и одновременно декоративными являются никелевые, хромовые, многослойные из меди—никеля—хрома, серебряные, золотые покрытия. Нанесение этих металлов в основном производится гальваническим методом, основанным на электролизе водных растворов солей металла, предназначенного для покрытия. Защищаемый металл помещают в ванну в качестве катода, а анодом является металл, предназначенный для покрытия.  [c.210]

В ряду напряжений легкие металлы расположены значительно ниже водорода и их не удается выделить электролизом из водных солей по аналогии с медью, никелем и цинком, так как на катоде при электролизе водных растворов солей алюминия, магния и других легких металлов выделяется водород. Поэтому многие легкие металлы получают электролизом расплавленных солей, не содержащих ионов водорода. Кроме того, электроотрицательный характер легких металлов предъявляет очень высокие требования к чистоте всех материалов, поступающих на электролиз. Присутствующие в этих материалах примеси или комплексы  [c.365]

Электролизом водных растворов получаются. порошки меди, железа, кобальта, никеля, хрома, олова, свинца, серебра. Порошки металлов, осаждение к-рых в водных растворах затруднительно, получают электролизом расплавленных солей при темп-рах ниже точки плавления металла. Таким путем можно получать порошки W, Мо, Сг, Т1, Та, и и других металлов. Существенной трудностью при электролизе расплавленных сред является отделение металлич. порошка от солей.  [c.394]

Электролитическое получение железного порошка из водных растворов становится более выгодным при комплексной гидрометаллургической переработке некоторых видов сырья цветных металлов (меди, никеля) с попутным получением чистых растворов железных солей. Некоторое количество железных порошков в США и Японии производят электролизом водных растворов.  [c.150]

Тамман [12] подвергал электролизу водные растворы сульфатов меди и кадмия при различных соотношениях металла в растворе и при разных плотностях тока и измерял потенциалы полученных сплавов по  [c.131]

Закон электролиза. Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами. Вода и кристаллы хлорида меди практически не проводят электрический ток. Раствор хлорида меди в воде является хорошим проводником. При прохождении электрического тока через водный раствор хлорида меди у положительного электрода, называемого анодом, выделяется газообразный хлор. На отрицательном электроде, называемом катодом, выделяется медь.  [c.163]

Получение композиционного материала на основе меди, содержащего в качестве упрочнителя вольфрамовую проволоку, описано в работе [87]. По удельной прочности этот материал значительно уступает многим другим композициям и представляет интерес более как модельный материал для исследования напряженного состояния, микромеханики разрушения, чем как конструкционный. При содержании 40 об. % проволоки материал имел прочность, равную 134 кгс/мм , и плотность 13 г/см . Обычный электролит для осаждения медных покрытий содержит водный раствор сернокислой меди (188 г/л) и серной кислоты (74 г/л). Электролиз ведется при комнатной температуре при плотности тока 0,24 А/дм  [c.183]

Электролиз Осаждение металлического порошка из водного раствора соли или ее расплава при помощи постоянного электрического тока Медь, железо, кобальт, хром и некоторые тугоплавкие металлы Высокая чистота металла, форма частиц преимущественно дендритная Изделия ответственного назначения и ряд тугоплавких металлов  [c.322]

Для обеспечения этого условия можно применить в узле трения коррозионно-стойкий сплав, содержащий медь или металлоплакирующий смазочный материал в виде водного раствора соли меди. Необходимым источником энергии для осуществления процесса осаждения медного слоя является ТЭДС. Процесс осаждения меди на поверхностях трения имеет общую природу с электролизом. Возникновение ТЭДС объясняют явлением Зеебека, согласно которому Б замкнутой электрической цепи возникает ТЭДС, если температура на контактах разная.  [c.306]

Электролиз — пропускание постоянного тока через расплав солей или водный раствор металла металл в виде порошка или крупного осадка оседает на катоде. Применяют для получения порошков меди, титана и др.  [c.92]

Процесс электролиза основан на следующем принципе. В ванну с 12—16-процентным водным раствором медного купороса в серной кислоте погружают две медные пластины, одну из которых соединяют с положительным полюсом (анодом), а другую — с отрицательным (катодом). При пропускании тока анод будет растворяться, а ионы меди осаждаться на катоде.  [c.179]

Процесс электролиза выполняется следующим образом ванну с 12—16%-ным водным раствором медного купороса в серной кислоте погружают две медные пластины, одну из которых соединяют с положительным полюсом (анодом), а другую — с отрицательным (катодом). При пропускании тока анод будет растворяться, а ионы меди осаждаться на катоде. Аноды отливаются из рафинированной огневым способом или из черновой меди в виде плит весом 200—250 кг, размером 0,9 X 0,9 м и толщиной 40—50 мм. В качестве катодов берутся тонкие листы (0,5—0,7 мм) электролитической меди, на которых в течение 10—12 дней осаждается до 100 кг металла. Расход электроэнергии составляет 250—350 квт-ч на 1 т катодной меди.  [c.153]

Медь (из кислой медной ванны) п серебро (из цианистой ванны серебрения) осаждаются в обычной области плотности тока со 100°/о-ным выходом по току. В этих ваннах можно достичь совместного с металлом выделения водорода, если при соответствующих условиях электролиза будет превзойдена область предельной плотности тока. Это наблюдается в ваннах предварительного серебрения. В этом случае поляризационные кривые располагаются согласно рис. 16,а, причем А означает металл, В — водород. Случай, при котором А является водородом, а В — металлом в применяемых для осаждения металла водных электролитах, не встречается, так как для выделения водорода из водных растворов нет предельной плотности тока. Для разряда ионов водорода всегда имеются большие количества воды.  [c.42]

Если через водный раствор солей металла пропускать постоянный ток, то они не остаются химически неизменными, как металлические проводники (например, проводник из меди). В зависимости от состава раствора соль разлагается при этом на газообразные, твердые и жидкие составные части. Это и есть электролитическое разложение соли, т. е. электролиз ее.  [c.5]

Тамман (О. Таттапп) подвергал электролизу водные растворы сульфатов меди и кадмия при различных соотношениях металла в растворе и при различных плотностях тока и измерял потенциалы полученных сплавов по отношению к кадмию. При этом было установлено, что с уменьшением содержания в электролите меди, осадки становятся по цвету менее похожи на медь, а также уменьшается потенциал сплава по отношению к кадмию. Такое уменьшение разности  [c.88]

Производство металлических порошков методом электролиза водных растворов в настоящее время с успехом конкурирует с другими методами, особенно в области получения такого технически важного металла, как медь. Это объясняется рядом преимуществ электролиза по сравнению с другими методами производства порошков. К числу этих преимуществ прежде всего можно отнести высокую чистоту получающихся порошков и хорошие технологические характеристики (прессуе-мость и спекаемость). При использовании этого метода  [c.128]

Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой от примесей меди (99,95 % Си). Электролиз ведут в ваннах, покрытых изнутри винипластом или свинцом. Аноды делают из меди огневого рафинирования, а катоды — из листов чистой меди. Электролитом служит водный раствор USO4 (10—16 %) и HaS04 (10—16 %). При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, а на катодах разряжаются ионы меди  [c.49]

К химическим методам получения порошков относится восстановление оксидов и солей металлов твердыми или газообразными восстановителями, диссоциация карбонилов и неустойчивых соединений, металлотермия. Большую rpjoiny порошков — олово, серебро, медь и железо — получают методами электролитического осаждения металлов в виде порошка из водных растворов солей, а также электролизом расплавленных сред (тантал, ниобий, уран и др.).  [c.781]

К химическим методам получения порошков относят такие методы, которые связаны с изменением химического состава исходного сырья или его агрегатного состояния 1) восстановление окислов металлов из окалины, воздействием на нее водородом или твердым углеродом при высокой температуре (железо, медь, никель, кобальт, вольфрам, молибден и др.), 2) термическая диссоциация карбонилов [химических соединений типа Ре(С0)5, N ( 0)4 и др. ] при давлении 30—40 МнЬл (300—400 кПсм ) и температуре 200—300° С (железо, никель, кобальт), 3) электролиз (осаждение) металлических порошков из водных растворов солей и расплавленных сред соответствующих металлов (олово, серебро, медь, железо, тантал, ниобий, цирконий и т. д.).  [c.434]

Кроме бестокового осаждения, употребляют также и обычный электролиз. Тогда и свинец и полоний могут осаждаться или на катоде в виде металлов, или на аноде в виде высших окислов, в зависимости от состава раствора и приложенной разности потенциалов [44, 45, 16, 30, 34]. Висмут большей частью осаждается на катоде [26, 33, 38]. Недавно было обнаружено [10, 3, 32, 33, 34], что протоактиний поддается электроосаждению из водных растворов как на катоде, так и на аноде, однако неясно, в какой химической форме он при этом получается. Радий, который всегда является основанием, был выделен Кюри и Дебьерном электролитически в виде амальгамы на ртутном катоде. Литературу об электролитических работах с макроскопическими количествами урана, радия и тория см. [33]. Такие искусственные радиоэлементы, как медь [56, 58], кадмий [61] и индий [47], легко поддаются электроосаждению. Электролиз радиожелеза в присутствии неактивного железа в качестве носителя использовался при работе с радиоактивны. и индикаторами в биохимии [57, 23]. Наконец, электролиз был применен и к новому элементу 43 (Тс) [19]. Как и в бестоковом осаждении, перемешивание ускоряет процесс использование вращающегося катода [18] было рекомендовано при работе с микроколичествами [9].  [c.30]

Электролитическое рафинирование обеспечивает получение наиболее чистой, высококачественной меди. Электролиз проводят в дере- вянных или бетонных ваннах, футерованных листовым свинцом, пластмассами и другими кислотостойкими материалами. В качестве электролита используют водный раствор серной кислоты (10—16%) и сернокислой меди USO4 (10—16%). Анодами являются пластины размером 1 X 1 м толщиной 40—50 мм, отлитые из рафинируемой меди. В качестве катодов используют тонкие листы (0,5—0,7 мм), изготовленные из электролитической меди,  [c.73]

Электролитическое рафинирование проводят с целью получения чистой от примесей меди (до 99,95% Си). В железобетонные ванны 1 (рис. 38), облицованные изнутри винипластом 2, подвешивают поочередно плиты 4 из меди после огневого рафинирования толщиной 30—45 мм (аноды) и тонкие листы 5 электролитической меди (основы), которые в процессе электролиза служат катодами. В ванне циркулирует электролит 7 при температуре 55—65° С. Электролит представляет собой водный раствор Си504 (10—16%) и Н2504 (10—16%). При прохождении через всю цепь постоянного электрического тока по направлению от анода через электролит к катоду происходит растворение меди с анода и осаждение меди на катоде по реакции  [c.96]

Где применяют электролиз

Электролиз — 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.

При прохождении через раствор или расплав электролита электрического тока, на электродах происходит выделение растворенных веществ или иных веществ, являющихся продуктами вторичных реакций на электродах. Этот физико-химический процесс и называется электролизом.

Суть электролиза

В создаваемом электродами электрическом поле, ионы в проводящей жидкости приходят в упорядоченное движение. Отрицательный электрод — это катод, положительный — анод.

К аноду устремляются отрицательные ионы, называемые анионами (ионы гидроксильной группы и кислотные остатки), а к катоду — положительные ионы, называемые катионами (ионы водорода, металлов, аммония и т. д.)

На электродах протекает окислительно-восстановительный процесс: на катоде происходит электрохимическое восстановление частиц (атомов, молекул, катионов), а на аноде — электрохимическое окисление частиц (атомов, молекул, анионов). Реакции диссоциации в электролите — это первичные реакции, а реакции, которые протекают непосредственно на электродах, называются вторичными.

Законы электролиза Фарадея

Разделение реакций электролиза на первичные и вторичные помогло Майклу Фарадею установить законы электролиза:

• Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.
• Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

m — масса осаждённого на электроде вещества, Q — полный электрический заряд, прошедший через вещество F = 96 485,33(83) Кл·моль−1 — постоянная Фарадея, M — молярная масса вещества (Например, молярная масса воды h3O = 18 г/моль), z — валентное число ионов вещества (число электронов на один ион).

Заметим, что M/z — это эквивалентная масса осаждённого вещества. Для первого закона Фарадея M, F и z являются константами, так что чем больше величина Q, тем больше будет величина m. Для второго закона Фарадея Q, F и z являются константами, так что чем больше величина M/z (эквивалентная масса), тем больше будет величина m.

Электролиз широко применяется сегодня в промышленности и в технике. Например, именно электролиз служит одним из эффективнейших способов промышленного получения водорода, пероксида водорода, диоксида марганца, алюминия, натрия, магния, кальция и прочих веществ. Применяется электролиз для очистки сточных вод, в гальваностегии, в гальванопластике, наконец — в химических источниках тока. Но обо всем по порядку.

Получение чистых металлов из руд путем электролиза

Благодаря электролизу многие металлы извлекается из руд и подвергается дальнейшей переработке. Так, когда руду или обогащенную руду — концентрат — подвергают обработке реагентами, металл переходит в раствор, затем путем электроэкстракции металл выделяют из раствора. Чистый металл выделяется при этом на катоде. Таким путем получают цинк, медь, кадмий.

Электрорафинированию металлы подвергают для устранения примесей и чтобы перевести содержащиеся примеси в удобную для дальнейшей переработки форму. Металл, подлежащий очистке, отливают в виде пластин, и применяют эти пластины в качестве анодов при электролизе.

Когда ток проходит, металл анода растворяется, переходит в виде катионов в раствор, затем катионы разряжаются на катоде, и образуют осадок чистого металла. Примеси анода не растворяются — выпадают анодным шламом, или переходят в электролит, откуда непрерывно или периодически удаляются.

Рассмотрим в качестве примера электрорафинирование меди. Главный компонент раствора — сульфат меди — наиболее распространенная и дешевая соль этого металла. Раствор обладает низкой электрической проводимостью. Для ее увеличения в электролит добавляют серную кислоту.

Кроме того, в раствор вводят небольшие количества добавок, способствующих получению компактного осадка металла. Вообще, электролитическому рафинированию подвергают медь, никель, свинец, олово, серебро, золото.

Очистка сточных вод путем электролиза

Электролиз находит применение в очистке сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции и электрофлотации). Электрохимический метод очистки — один из наиболее часто применяемых. Для электролиза используют нерастворимые аноды (магнетит, оксид свинца, графит, марганец, которые наносят на титановую основу), или растворимые (алюминий, железо).

Такой метод применяют для выделения из воды токсичных органических и неорганических веществ. К примеру, медные трубы очищают от окалины раствором серной кислоты, и промышленные сточные воды приходится затем очищать путем электролиза с нерастворимым анодом. На катоде выделяется медь, которая снова может использоваться на том же предприятии.

Щелочные сточные воды очищают электролизом от цианистых соединений. С целью ускорения окисления цианидов, повышения электропроводности и экономии электроэнергии, к водам применяют добавку в виде хлорида натрия.

Электролиз проводят с графитовым анодом и стальным катодом. Цианиды разрушаются в ходе электрохимического окисления и хлором, который выделяется на аноде. Результативность такой очистки близка к 100%.

Кроме непосредственно электохимической очистки можно включить в процесс электролиза коагуляцию. Исключив добавки солей, электролиз проводят с растворимыми алюминиевыми или железными анодами. Тогда не только разрушаются загрязнители на аноде, но и растворяется сам анод. Образуются активные дисперсные соединения, которые коагулируют (сгущают) коллоидно-дисперсные загрязнения.

Этот метод эффективен при очистке сточных вод от жиров, нефтепродуктов, красителей, масел, радиоактивных веществ и т. д. Он называется электрокоагуляцией.

Гальваностегия

Гальваностегия — это электролитическое нанесение определенных металлов с целью защиты изделий от коррозии и для придания им соответствующего эстетического оформления (покрытие производят хромом, никелем, серебром, золотом, платиной и т. п.). Вещь тщательно очищают, обезжиривают, и используют как катод в электролитической ванне, в которую налит раствор соли того металла, которым необходимо покрыть изделие.

В качестве анода применяют пластину из этого же металла. Как правило применяют пару анодных пластин, а подлежащий гальваностегии предмет располагают между ними.

Гальванопластика

Гальванопластика — осаждение металла на поверхности разных тел для воспроизведения их формы: формы для отливки деталей, скульптур, печатных клише и т.д.

Гальваническое осаждение металла на поверхности предмета возможно лишь тогда, когда поверхность эта или весь предмет являются проводниками электрического тока, поэтому для изготовления моделей или форм желательно использовать металлы. Наиболее подходят для этой цели легкоплавкие металлы: свинец, олово, припои, сплав Вуда.

Эти металлы мягки, легко обрабатываются слесарным инструментом, хорошо гравируются и отливаются. После наращивания гальванического слоя и отделки металл формы выплавляют из готового изделия.

Однако наибольшие возможности для изготовления моделей все же представляют диэлектрические материалы. Чтобы металлизировать такие модели, нужно придать их поверхности электропроводность. Успех или неудача в конечном итоге зависят в основном от качества токопроводящего слоя. Слой этот может быть нанесен одним из трех способов.

Самый распространенный способ — графитирование, он пригоден для моделей из пластилина и других материалов, допускающих растирание графита по поверхности.

Следующий прием — бронзирование, способ хорош для моделей относительно сложной формы, для разных материалов, однако за счет толщины бронзового слоя несколько искажается передача мелких деталей.

И, наконец, серебрение, пригодное во всех случаях, но особенно незаменимое для хрупких моделей с очень сложной формой — растений, насекомых и т. п.

Химические источники тока

Также электролиз является основным процессом, благодаря которому функционируют самые современные химические источники тока, например батарейки и аккумуляторы. Здесь присутствуют два электрода, контактирующие с электролитом.

Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции.

Лимонная батарейка (для увеличения нажмите нажмите на картинку)

Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно-разделённых процессов: на отрицательном аноде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят по внешней цепи к положительному катоду, создавая разрядный ток, где они участвуют в реакции восстановления окислителя. Таким образом, поток отрицательно заряженных электронов по внешней цепи идет от анода к катоду, то есть от отрицательного электрода к положительному.

Ранее ЭлектроВести писали, что в недавнем докладе Cleantech Group авторы рассказали о трех самых важных для энергетики ближайших лет технологиях. Журналисты Business Insider обсудили их с Луисом Брасингтоном, одним из аналитиков компании.

По материалам: electrik.info.

Получение хлора и щелочи методом электролиза

Методом электролиза солевого раствора (раствор NaCl или KCl) производятся каустик или едкое кали (раствор NaOH или KOH), хлор (Cl2) и водород (h3). Электролиз проходит на современных мембранных ячейках, в соответствии с выводами документа BREF (Best Available Technique Reference Document) в отношении хлорно-щелочной промышленности.   

Сырье и продукция

Сырьем для получения хлора и щелочи методом электролиза служат соль (NaCl или KCl) и вода (h3O). Соль получают из морской воды (морская соль NaCl), месторождений минерального сырья (каменная соль NaCl или KCl) или методом выпаривания (вакуумная соль NaCl или KCl).

Первичные продукты электролиза по мембранной технологии – это NaOH (щелочь 32%) или KOH (щелочь 29 — 32 %), газообразные водород и хлор.

Первичные продукты могут быть превращены в пригодные для хранения товарные продукты:

• соляная кислота (HCl 32 % — 36 %)
• натровый щелок 50 % / едкое кали 50%
• жидкий хлор:
  • с возможностью хранения при низком давлении, например: -34°C / 1 бар (абс.) или
  • с возможностью хранения при высоком давлении, например: +20°C / 6,8 бар (абс.)

Хлор в качестве сухого или компримированного газа может быть также отведен по трубопроводу непосредственно на дальнейшую переработку.

Поскольку большие объемы этих продуктов используются в качестве базовых химикатов для самых различных химических продуктов, установки по производству хлора и щелочи работают преимущественно в комплексе со следующими отраслями промышленности:

• химическая промышленность
• целлюлозно-бумажная промышленность, для снабжения её отбеливателями
• промышленность с большим потреблением хлора, например, нефтехимия и производство пластмасс (например, ВХМ, ТДИ, МДИ, трихлорметан, эпихлоргидрин)
• промышленность с большим потреблением натрового щелока, как например, электролиз алюминия, фармацевтическая промышленность

Технология и электролизеры

Могут быть предложены электролизеры ведущих мировых производителей, что дает возможность учитывать специфические требования наших заказчиков.

Технология

Комплектная установка для получения хлора и щелочи состоит из следующих
технологических узлов:

1. Растворение соли (каменная, выварочная или морская соль)
2. Первичная очистка рассола
3. Тонкая очистка рассола
4. Мембранный электролиз с трансформаторно-выпрямительным блоком
5. Обработка католита и водорода
6. Обработка анолита и хлор-газа
7. Сушка, компримирование, сжижение и хранение хлора
8. Выпаривание щелочи, включая отгрузку
9. В виде опции: чешуирование или гранулирование NaOH (KOH), расфасовка и отгрузка
10. Система абсорбции хлора, аварийная абсорбция, с получением гипохлорита в виде опции
11. Синтез соляной кислоты (HCl)

Преимущества

• Низкое энергопотребление
• Окружающая среда не загрязняется амальгамой или асбестом
• Высокая чистота продукта
• Простота в работе и управлении
• Низкие капитальные и эксплуатационные затраты

Здесь Вы найдете информацию о реализованных нами проектах.

Электролиз растворов — Электролиз — AQA — GCSE Combined Science Revision — AQA Trilogy

Электролиз подкисленной воды

Вода плохо проводит электричество, но она действительно содержит ионы водорода, H ⁺ , и ионы гидроксида, OH ^— . Эти ионы образуются, когда небольшая часть молекул воды естественным образом диссоциирует. Если вода подкисляется небольшим количеством разбавленной серной кислоты:

• ионы H + притягиваются к катоду, приобретают электроны и образуют газообразный водород
• OH ^— ионы притягиваются к аноду, теряют электроны и образуют газообразный кислород

Общее уравновешенное уравнение процесса:

2H ₂ O (л) → 2H ₂ (г) + O ₂ (г)

Объем выделяемого водорода в два раза превышает объем подаваемого кислорода. выключенный.

Электролиз растворенных ионных соединений

Электролит, образованный растворением ионного соединения, содержит:

• ионы водорода из воды и положительные ионы из соединения
• гидроксид-ионы из воды и отрицательные ионы из соединения

Ионы конкурируют на каждом электроде, чтобы получить или потерять электроны.

На катоде

Производится ли на катоде водород или металл, зависит от положения металла в ряду реакционной способности металла:

• Металл образуется на катоде, если он менее реакционноспособен, чем водород
• водород образуется на катоде, если металл более реакционноспособен, чем водород

Вопрос

Предскажите продукт, образовавшийся на отрицательном электроде во время электролиза раствор хлорида натрия.

Выявить ответ

Водород будет производиться, потому что натрий более активен, чем водород.

Вопрос

Предскажите продукт, образовавшийся на отрицательном электроде во время электролиза раствора хлорида меди.

Выявить ответ

Медь будет производиться, потому что медь менее реактивна, чем водород.

На аноде

Кислород образуется (из гидроксид-ионов), если не присутствуют галогенид-ионы (хлорид, бромид или йодид-ионы).В этом случае отрицательно заряженные ионы галогенида теряют электроны и образуют соответствующий галоген (хлор, бром или йод).

В таблице приведены продукты, образующиеся на аноде во время электролиза различных электролитов в растворе.

Вопрос

Предскажите продукт, образующийся на положительном электроде во время электролиза концентрированного раствора сульфата натрия.

Показать ответ

Будет производиться кислород.

Электролиз растворов

Электролиз ионных растворов — Электролиз — GCSE Chemistry (Single Science) Revision — Other

Электролиз водных растворов ионных соединений может быть более сложным, чем электролиз расплавленных соединений, поскольку молекулы воды могут выделять ионы водорода (H ⁺ ) и гидроксид-ионы (OH ^— ) в дополнение к ионам из ионных соединений.

На отрицательном электроде

Ионы металлов и ионы водорода заряжены положительно. Получите ли вы металл или водород во время электролиза, зависит от положения металла в ряду реактивности:

• металл будет производиться, если он менее реакционноспособен, чем водород
• будет произведен водород, если металл более реакционноспособен, чем водород

Так, например, электролиз раствора хлорида меди дает медь на отрицательном электроде.Однако при электролизе раствора хлорида натрия образуется водород.

На положительном электроде

Если отрицательный ион из ионного соединения простой (например, Cl ^— или Br ^— ), то образуется этот элемент. Если отрицательный ион является комплексным ионом (например, NO ₃ ^— , SO ₄ ^{2 —} , CO ₃ ^{2 —} ), то кислород образуется из присутствующего гидроксид-иона. вместо.

В таблице перечислены некоторые элементы, которые следует ожидать при электролизе.

2

На отрицательном и положительном электродах

В этой таблице показаны некоторые распространенные ионные соединения (в растворе) и элементы, выделяемые при их растворах электролизуются с использованием инертных электродов, например угольных электродов:

Очень разбавленные растворы галогенидных соединений

Если раствор галогенидов очень разбавлен (например, NaCl), то вместо галогена будет выделяться кислород.Это связано с тем, что количество галогенид-ионов превышает количество гидроксид-ионов из воды.

17.7: Более глубокий взгляд: электролиз воды и водных растворов

Цели обучения

• Чтобы понять электролиз и описать его количественно.

В этой главе мы описали различные гальванические элементы, в которых спонтанная химическая реакция используется для выработки электроэнергии. В электролитической ячейке, однако, происходит противоположный процесс, называемый электролиз : внешнее напряжение прикладывается для запуска неспонтанной реакции.{2 +} \), а затем замкните цепь, разность потенциалов между двумя отсеками будет 0,74 В. Кадмиевый электрод начнет растворяться (Cd окисляется до Cd ^{2 +} ) и является анодом, в то время как металлическая медь будет осаждаться на медном электроде (Cu ^{2 +} восстанавливается до Cu), который является катодом (Рисунок \ (\ PageIndex {1a} \)).

В этом направлении система действует как гальванический элемент.

В электролитической ячейке внешнее напряжение прикладывается для запуска несамопроизвольной реакции .

Обратная реакция, восстановление Cd ^{2 +} медью, является термодинамически неспонтанной и будет происходить только при подаче 140 кДж. Мы можем заставить реакцию развиваться в обратном направлении, приложив электрический потенциал больше 0.74 В от внешнего источника питания. Приложенное напряжение заставляет электроны проходить через цепь в обратном направлении, превращая гальванический элемент в электролитический. Таким образом, медный электрод теперь является анодом (Cu окисляется), а кадмиевый электрод теперь является катодом (Cd ^{2 +} восстановлен) (Рисунок \ (\ PageIndex {1b} \)). {-} \ rightarrow Cd (s)} \ label {20.{2 +} \) by \ (Cu \) — очевидно, что не может происходить спонтанно, а происходит только при подаче достаточного количества электроэнергии. Различия между гальваническими и электролитическими ячейками сведены в Таблицу \ (\ PageIndex {1} \).

Электролитические реакции

При достаточно высоких температурах ионные твердые частицы плавятся с образованием жидкостей, которые очень хорошо проводят электричество из-за высокой концентрации ионов.{+}} \) восстанавливается на катоде. Общая реакция следующая:

\ [\ ce {2NaCl (l) \ rightarrow 2Na (l) + Cl2 (g)} \ label {20.9.6} \]

Это процесс, обратный формированию \ (\ ce {NaCl} \) из его элементов. Продуктом реакции восстановления является жидкий натрий, поскольку температура плавления металлического натрия составляет 97,8 ° C, что значительно ниже точки плавления \ (\ ce {NaCl} \) (801 ° C). Приблизительно 20 000 тонн металлического натрия производятся в США ежегодно путем электролиза расплавленного \ (\ ce {NaCl} \) в ячейке Даунса (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)).В этой специализированной ячейке \ (\ ce {CaCl2} \) (точка плавления = 772 ° C) сначала добавляется к \ (\ ce {NaCl} \), чтобы снизить температуру плавления смеси примерно до 600 ° C, тем самым снижая эксплуатационные расходы.

Аналогичным образом, в процессе Холла-Эру, используемом для коммерческого производства алюминия, расплавленная смесь примерно 5% оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ; точка плавления = 2054 ° C ) и 95% криолит (Na ₃ AlF ₆ ; точка плавления = 1012 ° C) подвергается электролизу при температуре около 1000 ° C с образованием расплавленного алюминия на катоде и газа CO ₂ на углеродном аноде.Общая реакция следующая:

\ [\ ce {2Al2O3 (l) + 3C (s) -> 4Al (l) + 3CO2 (g)} \ label {20.9.7} \]

Ионы оксида реагируют с окисленным углеродом на аноде с образованием CO ₂ (г).

Об этих двух промышленных процессах и об электролизе расплавленных солей в целом следует сделать два важных замечания.

1. Электродные потенциалы для расплавленных солей, вероятно, будут сильно отличаться от стандартных потенциалов ячейки, перечисленных в Таблице P2, которые составлены для восстановления гидратированных ионов в водных растворах при стандартных условиях.
2. Использование смешанной солевой системы означает возможность конкуренции между различными электролитическими реакциями. Когда смесь NaCl и CaCl ₂ подвергается электролизу, Cl ^— окисляется, потому что это единственный присутствующий анион, но может быть восстановлен либо Na ⁺ , либо Ca ^{2 +} . И наоборот, в процессе Холла-Эру присутствует только один катион, который может быть восстановлен (Al ^{3 +} ), но есть три вида, которые могут быть окислены: C, O ^2- и F ^— .

В процессе Холла-Херу, C окисляется вместо O ^2- или F ^—, потому что кислород и фтор более электроотрицательны, чем углерод, что означает, что C является более слабым окислителем, чем O ₂ или F ₂ . Точно так же в ячейке Даунса можно ожидать, что электролиз смеси NaCl / CaCl ₂ будет производить кальций, а не натрий, поскольку Na немного менее электроотрицателен, чем Ca (χ = 0,93 против 1,00, соответственно), что облегчает окисление Na и , наоборот, Na ⁺ труднее восстановить.Фактически, наблюдаемой реакцией является восстановление Na ⁺ до Na. В случаях, когда электроотрицательности двух видов схожи, другие факторы, такие как образование сложных ионов, становятся важными и могут определять результат.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Если электролизовать расплавленную смесь MgCl ₂ и KBr, какие продукты будут образовываться на катоде и аноде соответственно?

Дано: идентичность солей

Запрошено: продукты электролиза

Стратегия:

1. Перечислите все возможные продукты восстановления и окисления.Основываясь на значениях электроотрицательности, показанных на рисунке 7.5, определите, какие частицы будут восстанавливаться, а какие окисляться.
2. Определите продукты, которые будут образовываться на каждом электроде.

Раствор

A Возможными продуктами восстановления являются Mg и K, а возможными продуктами окисления — Cl ₂ и Br ₂ . Поскольку Mg более электроотрицателен, чем K (χ = 1,31 против 0,82), вероятно, что Mg будет восстанавливаться, а не K.Поскольку Cl более электроотрицателен, чем Br (3,16 против 2,96), Cl ₂ является более сильным окислителем, чем Br ₂ .

B Таким образом, при электролизе на аноде будет образовываться Br ₂ , а на катоде — Mg.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Предсказать продукты при электролизе расплавленной смеси AlBr ₃ и LiF.

Ответ

Br ₂ и Al

Электролиз также может быть использован для термодинамически несамопроизвольного разложения воды на составляющие ее элементы: H ₂ и O ₂ .Однако, поскольку чистая вода является очень плохим проводником электричества, сначала необходимо добавить небольшое количество растворенного ионного вещества (например, H ₂ SO ₄ или Na ₂ SO ₄ ), чтобы увеличить ее электрическую проводимость. Вставка инертных электродов в раствор и приложение напряжения между ними приведет к быстрому выделению пузырьков H ₂ и O ₂ (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)).

Для системы, содержащей такой электролит, как Na ₂ SO ₄ , который оказывает незначительное влияние на ионизационное равновесие жидкой воды, pH раствора будет 7,00 и [H ⁺ ] = [ OH ^— ] = 1,0 × 10 ^-7 . Предполагая, что \ (P_ \ mathrm {O_2} \) = \ (P_ \ mathrm {H_2} \) = 1 атм, мы можем использовать стандартные потенциалы для вычисления E для общей реакции:

\ [\ begin {align} E_ \ textrm {cell} & = E ^ \ circ_ \ textrm {cell} — \ left (\ dfrac {\ textrm {0.2_ \ mathrm {H_2}) \\ & = — \ textrm {1,23 V} — \ left (\ dfrac {\ textrm {0,0591 V}} {4} \ right) \ log (1) = — \ textrm {1,23 V } \ end {align} \ label {20.9.11} \]

Таким образом, E _{для ячейки} составляет -1,23 В, что является значением E ° _{для ячейки} , если реакцию проводят в присутствии 1 M H ⁺ , а не при pH 7,0.

На практике для электролиза воды необходимо напряжение примерно на 0,4–0,6 В выше расчетного. Это добавленное напряжение, называемое перенапряжением , представляет собой дополнительную движущую силу, необходимую для преодоления препятствий, таких как большая энергия активации для образования газа на поверхности металла.Перенапряжения необходимы во всех электролитических процессах, что объясняет, почему, например, необходимо приложить приблизительно 14 В для зарядки 12-вольтовой батареи в вашем автомобиле.

В общем, любой металл, который не реагирует легко с водой с образованием водорода, может быть получен электролитическим восстановлением водного раствора, содержащего катион металла. Металлы с p-блоком и большинство переходных металлов относятся к этой категории, но металлы с высокой степенью окисления, которые образуют оксоанионы, не могут быть восстановлены до металла простым электролизом.Активные металлы, такие как алюминий и металлы групп 1 и 2, настолько легко реагируют с водой, что их можно получить только электролизом расплавленных солей. Точно так же любой неметаллический элемент, который с трудом окисляет воду до O ₂ , может быть получен электролитическим окислением водного раствора, содержащего соответствующий анион. На практике из неметаллов этим методом нельзя получить только F ₂ . Оксоанионы неметаллов в их высших степенях окисления, такие как NO ₃ ^—, SO ₄ ^2-, PO ₄ ^3-, обычно трудно восстановить электрохимически и обычно ведут себя как ионы-наблюдатели, которые остаются в растворе во время электролиза.

В общем, любой металл, который не реагирует легко с водой с образованием водорода, может быть получен электролитическим восстановлением водного раствора, содержащего катион металла.

Гальваника

В процессе, называемом гальваника , на металлический электрод, который действует как катод во время электролиза, наносится слой второго металла. Гальваника используется для улучшения внешнего вида металлических предметов и защиты их от коррозии.Примеры гальваники включают слой хрома, который можно найти на многих сантехнических приборах или (в прежние времена) на бамперах и колпаках автомобилей, а также тонкий слой драгоценного металла, которым покрыта посеребренная посуда или украшения. Во всех случаях основная концепция одинакова. Схематический вид устройства для нанесения гальванического покрытия на столовое серебро и фотография коммерческой гальванической ячейки показаны на рисунке \ (\ PageIndex {4} \).

Количественные соображения

Если мы знаем стехиометрию реакции электролиза, количество пропущенного тока и продолжительность времени, мы можем рассчитать количество материала, израсходованного или произведенного в реакции.{2 +}} \) в \ (\ ce {Cu} \) металл. Напомним, что заряд 1 моля электронов равен 1 фарадею (1 Ф), что равно 96 485 С. Таким образом, мы можем вычислить количество молей электронов, перенесенных, когда через элемент проходит известный ток в течение заданного периода времени. . Общий переданный заряд (\ (q \) в кулонах) является произведением силы тока (\ (I \) в амперах) и времени (\ (t \) в секундах):

\ [q = I \ times t \ label {20.9.14} \]

Стехиометрия реакции и общий переносимый заряд позволяют нам рассчитать количество продукта, образовавшегося во время реакции электролиза, или количество металла, нанесенного в процессе гальваники.- \ end {align *} \]

Поскольку для восстановления одного иона Cu ^{2 +} требуются два электрона, общее количество образовавшихся молей Cu составляет половину количества молей перенесенных электронов, или 1,2 × 10 ⁻³ моль. Это соответствует 76 мг Cu. В промышленных процессах электрорафинирования используются гораздо более высокие токи (более или равные 50 000 А), соответствующие приблизительно 0,5 Ф / с, а время реакции составляет порядка 3-4 недель.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Посеребренная ложка обычно содержит около 2 штук.00 г Ag. Если для достижения желаемой толщины покрытия Ag требуется 12,0 ч, каков средний ток на одну ложку, который должен протекать во время процесса гальваники, при условии эффективности 100%?

Дано: масса металла, время и эффективность

Запрошено: Требуемый ток

Стратегия:

1. Рассчитайте количество молей металла, соответствующее заданной переносимой массе.
2. Напишите реакцию и определите количество молей электронов, необходимое для процесса гальваники.{-2} \ textrm {mol Ag} \)

   B Реакция восстановления: Ag ⁺ (водн.) + E ^— → Ag (s), поэтому из 1 моля электронов получается 1 моль серебра.

   C Используя определение Фарадея,

   кулон = (1,85 × 10 ⁻² моль ^— ) (96,485 Кл / моль ^— ) = 1,78 × 10 ³ Кл / моль

   Следовательно, ток в амперах, необходимый для доставки этого количества заряда за 12 часов, равен

   .

   \ [\ begin {align *} \ textrm {amperes} & = \ dfrac {1.{-2} \ textrm {A} \ end {align *} \]

   Поскольку процесс гальваники обычно намного ниже 100% эффективности (типичные значения ближе к 30%), фактический необходимый ток превышает 0,1 А.

   Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

   Обычная алюминиевая банка для безалкогольных напитков весит около 29 г. Сколько времени необходимо для получения такого количества Al (ов) в процессе Холла – Эру, используя ток 15 А для восстановления расплавленного Al ₂ O ₃ / Na ₃ AlF ₆ смеси?

   Ответ

   5.8 ч.

   Сводка

   При электролизе внешнее напряжение прикладывается для возбуждения несамопроизвольной реакции . Количество окисленного или восстановленного материала можно рассчитать, исходя из стехиометрии реакции и количества перенесенного заряда. Связь заряда, тока и времени:

   \ [q = I \ times t \ nonumber \]

   При электролизе внешнее напряжение прикладывается, чтобы вызвать спонтанную реакцию. Электролиз также можно использовать для получения H ₂ и O ₂ из воды.На практике необходимо приложить дополнительное напряжение, называемое перенапряжением, чтобы преодолеть такие факторы, как большая энергия активации и потенциал перехода. Гальваника — это процесс осаждения второго металла на металлической поверхности, улучшающий внешний вид объекта или обеспечивающий защиту от коррозии. Количество материала, израсходованного или произведенного в реакции, можно рассчитать на основании стехиометрии реакции электролиза, величины пропускаемого тока и продолжительности электролитической реакции.

   Электролиз. Электролиз растворов. Электролиз расплавов

   Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, который происходит на электродах во время прохождения электрического тока через расплав или раствор.

   Электролиз — еще один способ получения чистых металлов и неметаллов. Кроме того, электролиз можно проводить дома. Нужен источник тока, два электрода (виды электродов, любые случаи этих процессов будут рассмотрены позже) и, конечно же, электролит.Электролит — это раствор, проводящий электрический ток.

   Имеется электролизных растворов и электролизных расплавов . Оба эти процесса существенно отличаются друг от друга. Разница в том, что в наличии растворитель. При электролизе растворов помимо ионов вещества в процессе участвуют ионы растворителя. При электролизе расплавляется — только ионы самого вещества.

   Чтобы получить желаемый продукт (газ, металл или неметалл), нужно выбрать электрод и раствор электролита. Электроды могут быть из любых материалов, проводящих электрический ток. Чаще всего используются металлы и сплавы, неметаллическими электродами могут быть, например, графитовые стержни (или углеродные). Реже в качестве электрода используется жидкость.

   Положительно заряженный электрод является анодом. Электрод заряжен отрицательно, является катодом. Во время электролиза происходит окисление анода (растворяется) и восстановление катода.Следовательно, анод следует брать так, чтобы растворение не влияло на химический процесс, протекающий в растворе или расплаве. Такой анод называется инертным электродом . В качестве инертного анода может быть графит (углерод) или платина.
   В качестве катода можно взять металлическую пластину (она не растворяется). Подходит медь, латунь, углерод (или графит), цинк, железо, алюминий, нержавеющая сталь.

   В домашних условиях из тех веществ, которые присутствуют практически в каждом, вы легко можете получить, например, кислород, водород, хлор, медь, серу, а также слабую кислоту или щелочь!
   Но будьте осторожны с хлором — это ядовитый газ !!

   Первый опыт проведем с целью получения водорода и кислорода.

   Сделайте электролит из раствора пищевой соды (также можно взять кальцинированную соду), вставьте в него электроды и включите блок питания. Как только через раствор пойдет ток, сразу становятся видны пузырьки газа, которые образуются на электродах: на «+» будет выделяться кислород, на «-» водород

   Это потому, что отрицательные ионы OH ^— вызывают накопление около анода «+» и восстановление кислорода, а около катода «-» аккумулируют ионы щелочного металла, содержащиеся в растворе кальцинированной соды (Na ₂ CO ₃ ) с положительным зарядом (Na ⁺ ) и одновременным восстановлением водорода.Восстановление ионов натрия до чистого металла (Na) не происходит, поскольку металлический натрий находится в левой части водорода в диапазоне напряжений металлов.

   Li h3

   Следующим опытом электролиза будет чистая медь (Cu). Для этого нам понадобится раствор сульфата меди CuSO ₄ , который содержит растворенную медь.В диапазоне напряжений металлов медь стоит после водорода, поэтому на электроде она будет выделяться.

   Приготовьте раствор медного купороса, поместите в него электроды и включите питание. Как и в предыдущем опыте с раствором кальцинированной соды, анод «+» будет восстанавливать кислород. В то же время катод «-» будет покрывать темно-красный слой (медь-Cu), который восстанавливается из раствора до чистого металла.

   У нас было 2 опыта электролиза растворов и можем подвести итог:
   Ток, проходящий через раствор на положительном электроде — аноде, восстанавливает отрицательно заряженные ионы (в нашем случае кислород).Отрицательно заряженные ионы называются анионами . На отрицательном электроде — катоде — положительные ионы (в данном случае водород и медь) перевернуты. Положительные ионы называются катионами .

   Катионы обычно все металлы и водород. Но в некоторых химических соединениях катионы — это газы и неметаллы. Это зависит от степени окисления элемента в химическом соединении.

   Будет еще один опыт электролиза.На этот раз пропустим ток через раствор хлорида натрия (NaCl). Но я должен вас предупредить, этот электролиз следует проводить в хорошо проветриваемом помещении, так как выделяющийся из раствора чистый газ — хлор (Cl ₂ ) очень токсичен. если вы хотите собрать этот газ (или другой газ), вы можете использовать следующую схему.

   
   Электролиз раствора пищевой соли. Схема получения газа

   Итак, приступим. Приготовьте раствор хлорида натрия (NaCl).Положительный полюс источника питания соединяется с инертным электродом (например, графитовым стержнем), отрицательный полюс может быть из любого подходящего материала, проводящего ток. Поместите электроды в раствор и включите питание. Через несколько секунд вы уже можете почувствовать неприятный запах хлора (это хлор!). Не переборщите с запахом! Хлор выделяется на аноде в виде маленьких пузырьков («+»). Чем дольше будет процесс электролиза, тем больше будет концентрация хлора рядом с электролитом.Если вы собираете хлор в пробирку или банку (хлор тяжелее воздуха, он будет находиться на дне), не пытайтесь «понюхать» его в банке — может сильно отравиться! (Статья про хлор). Итак, чистый газообразный хлор восстанавливается на аноде. На катоде из раствора извлекают чистый водород (H ₂ ) и извлекают H ₂ , а также извлекают натрий, который немедленно вступает в реакцию с водой и образует едкий натр.

   Электролиз расплавов

   При электролизе расплавов в процесс вовлекаются ионы вещества, подвергаемого электролизу.Например, при электролизе расплавленной соли (NaCl) на аноде будет выделяться тот же газ — хлор, но на катоде будет восстанавливаться чистый металл — натрий (Na), а не водород. Этот метод используется в промышленности для получения металлического натрия и других щелочных металлов. Таким же способом получают другие щелочные металлы (калий (K), литий (Li), кальций (Ca)) с проведением тока через расплавы их солей.

   Электролиз раствора сульфата меди (II) | Эксперимент

   Этот эксперимент в классе может быть проведен учащимися, работающими парами или тройками.

   Оборудование

   Аппарат

   • Защита глаз
   • Стакан, 250 см ³
   • Графитовые электроды диаметром около 5 мм, 2 шт.
   • Стойка реторты и зажим для удержания электродов (примечание 1)
   • Источник питания постоянного тока, 6 В
   • Лампочка, малая, 6 В, 5 Вт (опция; примечание 2)
   • Поводки и зажимы «крокодилы»

   Примечания к аппарату

   1. Существует несколько способов закрепления графитовых электродов.Пожалуй, наиболее удобно использовать подставку для реторты и зажим. Их также можно прикрепить с помощью Blutac на небольшую деревянную полоску, опирающуюся на верхнюю часть стакана.
   2. В цепь можно включить лампочку для индикации протекания тока.

   Химическая промышленность

   • Водный сульфат меди (II), около 0,5 M, 200 см ³
   • Медные полосы x2 (необязательно; их можно использовать вместо графитовых стержней в качестве дополнения к основному эксперименту)
   • Мелкие кусочки наждачной бумаги

   Примечания по технике безопасности, охране труда и технике

   • Прочтите наше стандартное руководство по охране труда и технике безопасности.
   • Пользоваться защитными очками. Студенты должны мыть руки по окончании всех практических занятий.
   • Раствор сульфата меди (II), CuSO ₄ (водн.) — см. CLEAPSS Hazcard HC027c и книгу рецептов CLEAPSS RB031. При предлагаемых концентрациях раствор сульфата меди (II) является НИЗКОЙ ОПАСНОСТЬЮ. Если концентрации увеличиваются, растворы должны быть помечены правильными предупреждениями об опасности. Раствор сульфата меди (II) ВРЕДНО, если концентрация равна или больше 1 М.

   Процедура

   Показать в полноэкранном режиме

   Учебные заметки

   Студенты должны увидеть образование медного налета на катоде. Часто он будет рассыпчатым и неравномерным. Вы должны объяснить, что если сила тока намного меньше, то твердое покрытие будет блестящим, непроницаемым и его очень трудно стереть; этот процесс лежит в основе гальваники.

   На аноде образуются пузырьки газа (кислорода).

   Катодная реакция: Cu ²⁺ (водн.) + 2e ^— → Cu (s)

   Анодная реакция: 2H ₂ O (л) → O ₂ (г) + 4H ⁺ (водн.) + 4e ^—

   В случае угольных (графитовых) электродов кислород обычно реагирует с анодом с образованием CO ₂ .Если для электродов используется медь, медный анод растворяется. Реакция противоположна катодной.

   Результаты этого эксперимента могут привести к дискуссии о гальванике и электролитическом рафинировании меди.

   Может быть поучительным разрешить ученикам покрыть медью металлические предметы, поставляемые школой и предварительно проверенные на их пригодность. Личные вещи использовать нельзя. Во многих случаях альтернативная окислительно-восстановительная реакция часто имеет место до того, как действительно будет пропущен ток.Это происходит, например, с изделиями из металлов выше меди в ряду реактивности. Разумно не усложнять электролитическое осаждение химическим вытеснением — ценные изделия могут быть испорчены.

   Расширенные эксперименты по рафинированию меди
   1. После проведения электролиза, как описано выше, электроды можно поменять местами. Затем студенты могут увидеть, как медь исчезает с поверхности покрытого медью анода:

      Cu (s) → Cu ²⁺ (водный) + 2e ^—

      Это приводит к дискуссии о том, почему во время электролитического рафинирования :

      • анод состоит из неочищенного образца металла;
      • катод изготовлен из чистой меди или металлической подложки, такой как нержавеющая сталь.
   2. Электролиз можно проводить с помощью двух взвешенных медных полосок. Это необходимо для подтверждения того, что масса, набранная на катоде, равна потере массы на аноде.

   Дополнительная информация

   Это ресурс из проекта «Практическая химия», разработанного Фондом Наффилда и Королевским химическим обществом. Этот сборник из более чем 200 практических занятий демонстрирует широкий спектр химических концепций и процессов. Каждое упражнение содержит исчерпывающую информацию для учителей и технических специалистов, включая полные технические заметки и пошаговые инструкции.Практическая химия сопровождает практическую физику и практическую биологию.

   © Фонд Наффилда и Королевское химическое общество

   Проверено на здоровье и безопасность, 2016

   Что происходит на катоде во время электролиза раствора сульфата меди (II)?

   Я полагаю, вы имеете в виду электролиз сульфата меди (II) медными электродами. Во время электролиза сульфата меди (II), или # «CuSO» _4 «#, на катоде можно увидеть осаждение меди; в то же время анод будет растворен в процессе.

   Очень важно различать маркировку катода при электролизе и в гальванических элементах, поскольку в большинстве случаев это вызывает некоторую путаницу. При электролизе катод является отрицательным электродом , а в гальванических элементах он действует как положительный электрод .

   Это различие обусловлено тем фактом, что при электролизе электрический ток используется для запуска химической реакции; однако в гальваническом элементе все наоборот — для получения электрического тока используется химическая реакция.(-) # разряжены на аноде; чем меньше электроотрицательная медь , тем меньше электрон отдаст свой электрон, который затем будет вытягиваться батареей — , помните, что все это происходит на положительно заряженном электроде .

   Со временем это обеспечит растворение анода и увеличение размера катода. Концентрация раствора сульфата меди (II) останется неизменной во время электролиза.

   Вот отличное видео по электролизу сульфата меди (II):