Электролиз растворов электролитов с растворимым анодом.

KatAn → Kat⁺ + An^‾

                 Катод: (вос-е)                                       Анод: (ок-е)

Kat⁺;Н⁺(Н₂О)                                                                       An^‾; ОН‾(Н₂О)

Возможные процессы:

Katⁿ⁺ + nē → Kat⁰                                       An^n‾ - nē → An⁰

2Н⁺ + 2ē → Н₂⁰                                           4ОН‾ - 4ē → О₂⁰ + 2Н₂О

Ме⁰ – nē → Meⁿ⁺

(растворимый анод)

Выводы:

1. В этом случае в качестве анода используется металл, который сам и окисляется на аноде и затем восстанавливается на катоде.

2. Находит широкое применение или для получения металлических покрытий (никелирование, хромирование и т.д.), или для очистки металла от примесей других металлов (получение электролитической меди).

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ: “ЭЛЕКТРОЛИЗ”

Задача № 1

Какие процессы происходят на электродах при электролизе раствора Na ₂ SO ₄ , рН = 7, электроды угольные.

Na₂SO₄ → 2 Na⁺ + SO₄^2‾

                    Катод – вос-е                             Анод – ок-ие

Na⁺;Н⁺(Н₂О)                                                                       SO₄^2‾; ОН‾(Н₂О)

Возможные процессы:

Na⁺ + ē → Na⁰                                          2SO₄^2‾ - 2ē → S₂O₈^2-

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾                       2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

φ^р _Na⁺_/Na = - 2,71 В (табл.1)                      φ^р 2SO₄^2-/S₂O₈^2- = + 2,05В (табл.2)

φ^р 2Н⁺/Н₂ = - 0,059·рН - η^Н2                                     φ^рО_2/ОН‾ = 1,23 – 0,059 · рН + η^О2

^{К(С)                                                                                                               А(С)}

η^Н2 = 0 (табл. 4)                                          η^О2 = 1,17

^{К(С)                                                                                                                                         А(С)}

φ^р 2Н⁺/Н₂ = - 0,059·7 – 0 = - 0,41В             φ^рО_2/ОН‾ = 1,23 – 0,059·7+1,17 = 1,987В

φ^р 2Н⁺/Н₂ > φ^р _Na⁺_/Na=> выделяется            φ^р 2SO₄^2-/S₂O₈² > φ^рО_2/ОН‾ => окисляется

только водород из воды                          только кислород из воды.

Около катода ионы ОН‾ - среда             около анода ионы Н⁺ - среда кислая

щелочная

 

 

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾                       2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

Na₂SO₄ + 2 H₂O → H₂↑ + O₂↑ + Na₂SO₄

(K) (A)

2 H₂O → H₂↑ + O₂↑

 (K) (A)

Задача № 2

Какие процессы происходят на электродах при электролизе раствора CuSO ₄ , рН=6 (К: С, А: С u ).

CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2‾

                  Катод: вос-ие                                         Анод: ок-ие

 

Cu²⁺; Н⁺(Н₂О)                                                                SO₄^2‾; ОН‾(Н₂О); Cu⁰.

Возможные процессы:

 

Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰                                      2SO₄^2‾ - 2ē → S₂O₈^2-

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾                       2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

Cu⁰ - 2ē → Cu²⁺

φ^р _Cu²⁺_/Cu⁰ = + 0,34В (табл.1)                   φ^р _Cu²⁺_/Cu⁰ = + 0,34В

φ^р 2Н⁺/Н₂ = - 0,059·рН - η^Н2                                             φ^рО_2/ОН‾ = 1,23 – 0,059 · рН + η^О2

^{К(С)                                                                                                               А(С)}

 φ^р 2SO₄^2-/S₂O₈^2- = + 2,05В (табл.2)

η^Н2 = 0 (табл. 4)                                         η^О2 = 1,05

^{К(С)                                                                                                                                         А(Сu)}

φ^р 2Н⁺/Н₂ = - 0,059·6 – 0 = - 0,354В          φ^рО_2/ОН‾ = 1,23 – 0,059·6+1,05 = 1,926В

φ^р 2Н⁺/Н₂ < φ^р _Cu²⁺_/Cu⁰=> восстанавли-     φ^р 2SO₄^2-/S₂O₈² > φ^рО_2/ОН‾ > φ^р _Cu²⁺_/Cu⁰ =>

вается медь                                               окисляется сам анод (медный).

Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰                                        Cu⁰ - 2ē → Cu²⁺

Около катода ионы Н⁺ - среда кислая около анода ионы ОН^‾ - среда щел-ная

СuSO₄ + 2 H₂O + Cu → Cu⁰ + Cu²⁺ + H₂SO₄ + 2OH‾

                                   (К) (A)

ТЕМА 13. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ-

разрушение металла под действием агрессивной среды электролита с возникновением внутри системы электрического тока.

Механизм: на поверхности металла возникают микрогальванические пары, которые отличаются от обычного гальванического элемента тем, что они короткозамкнуты, т.е. (А) и (К) рядом. Роль проводника I рода играет сам корродируемый металл и возникает направленное движение электронов – электрический ток.

 

Анод                                                     Катод

(1) (А) зона: окисление                          (K) зона: восстановление

                                                                       Oxe                         Red

Ме⁰ - nē ↔ Ме²⁺                                     окисленная + nē ↔ восстановленная

                                                                    форма                      форма

Поляризация-освобождение и сме- Деполяризация – уничтожение,

щение электронов в ходе анодного про- связывание электронов в ходе катод-

цесса                                                       ного процесса окислителем.

Деполяризаторы – вещества, связывающие электроны

Самые распространённые: 1. катионы водорода (водородная деполяризация)

2. молекулы кислорода, растворённые в электролите

(кислородная деполяризация)

Химизм деполяризации.

Кислая среда (рН<7)                        Щелочная среда (рН>7)

Водородная деполяризация                    Нейтральная (рН=7)

1) 2Н⁺ + 2ē ↔ Н₂↑                                    1) 2Н⁺ + 2ē ↔ Н₂↑

2 Н₂О + 2ē ↔ Н₂↑ + 2 ОН‾

Кислородная деполяризация

2) О₂ +4ē + 4Н⁺ ↔ 2Н₂О                          О₂ +4ē + 2Н₂О ↔ 4ОН‾

Выводы:

1. На катоде имеет место конкуренция за преимущественное связывание электронов между катионами водорода и молекулами О₂, растворенными в электролите.

2. Пойдет тот процесс, потенциал которого больше (φ⁰_max>).

3. Электрохимическая коррозия возможна, если потенциал любой катодной реакции больше, чем потенциал анодного процесса.

4. Катодные процессы водородной и кислородной деполяризации рассчитываются с доступом кислорода воздуха по формулам:

φ^р н_2/2Н+ = 0,186 – 0,059 · рН - η^{Н 2}

^Ме(К)

φ^р o ₂ /2 o н ^- = 1,21 – 0,059 · рН - η^{О 2}

^Ме(К)

 

РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ:

---

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 263; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!