Что Такое Электролиз и Как он Происходит
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
Даже самое чудесное явление реально, если оно полностью согласуется с законами природы.
Цель: изучить электролиз, как явление, достигшее широко распространения в технике.
2. Рассмотреть Законы Фарадея, анодные и катодные процессы, лежащие в основе процесса электролиза.
3. Определить области применения данного явления в промышленности.
4. Провести в домашних условиях опыт по электролизу раствора поваренной соли ( NaCl ), подтверждающего простоту данного явления.
5. Выполнить эксперимент и проанализировать результаты гальванического покрытия выбранного нами изделия слоем меди в домашних условиях.
Процесс электролиза – явление, характеризующееся не только распространенностью, но и простотой, что позволяет провести электролиз раствора и гальваностегию в домашних условиях с минимальными затратами.
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, как наука, сформировалась на рубеже XVIII и XIX веков.
«где и выделится». Изучение электролиза позволило ему открыть два закона, управляющие этим процессом.
2.2. Законы Фарадея, лежащие в основе электролиза
10 декабря Фарадей записал первый закон электролиза: «Химическая сила прямо пропорциональна абсолютному количеству прошедшего электричества». Иначе, масса вещества, образующегося на электроде, прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через расплав (электролит) (Приложение 1).
Так был открыт второй закон Фарадея: «При одинаковом количестве электричества (электрическом заряде, прошедшем через электролит), масса вещества, выделившегося при электролизе, пропорциональна отношению молярной массы вещества к валентности» (Приложение 3).
Возможность окисления и восстановления веществ электрическим током открыла широкие перспективы как для научных исследований, так и для химической и металлургической технологии.
Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролитов.
Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод, а к положительному полюсу — анод, после чего погружают их в электролизер (емкость) с раствором или расплавом электролита.
Электролиз отличается от обычных окислительно-восстановительных реакций. При электролизе полуреакции разделены в пространстве: восстановление происходит только на катоде, а окисление – на противоположном электроде – аноде.
Электроды, как правило, бывают металлические, но применяются и неметаллические, например графитовые (проводящие ток).
Практическое применение электролиза » Сайт для электриков — статьи, советы, примеры, схемы
Электролиз
Электролизом называют химические реакции, которые протекают под действием электрического тока на электродах в растворах и расплавах электролитов.
Катодом называют отрицательно заряженный электрод. На его поверхности ионы, молекулы или атомы присоединяют электроны, т. е. протекает реакция электрохимического восстановления катионов.
Анодом называют положительно заряженный электрод. На его поверхности происходит отдача электронов, т. е. реакция окисления.
Для установления продуктов электролиза водных растворов солей используют так называемый электрохимический ряд напряжений металлов, а также ряд восстановительной активности анионов.
Рассмотрим несколько примеров реакций электролиза, протекающих на инертных, т.е. не вступающих в какие-либо химические реакции, электродах.
Прогнозировать происходящие при электролизе водных растворов процессы можно с помощью ряда напряжений металлов и некоторых экспериментально обоснованных закономерностей.
Для катодных процессов существуют следующие закономерности:
1. Катионы металлов, стандартные электродные потенциалы которых выше, чем у водорода, т.е. расположенные в этом ряду правее его (Cu, Hg, Ag, Pt, Au), при электролизе полностью восстанавливаются на катоде в виде металла: Me n+ + nе – → Me 0 .
3. Катионы металлов со стандартными электродными потенциалами меньше, чем у водорода, но больше, чем у алюминия (Mn 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Fe 2+ , …, до H), при электролизе восстанавливаются на катоде одновременно с молекулами воды, т.е. одновременно идут два процесса:
При электролизе водных растворов кислот и щелочей на катоде всегда выделяется водород.
1. При электролизе водных растворов щелочей, кислородсодержащих кислот и их солей, в которых атомы неметаллов или металлов находятся в высшей степени окисления (NO3 – , SO4 2– , PO4 3– , ClO4 – , MnO4 – и т.п.), а также фторид-ионов F – на аноде будут окисляться не анионы, а гидроксид-ионы и молекулы воды и выделяться кислород:
2. При электролизе хлоридов, бромидов, йодидов у анода будут разряжаться анионы и выделяться соответствующие галогены:
Электролиз водных растворов солей | Дистанционные уроки
Практическое применение электролиза
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.
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.
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 H2O = 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.
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.
