Схема процессов, протекающих на катоде

ЭЛЕКТРОЛИЗ.

Основные понятия электрохимических процессов

Электрохимическими процессаминазывают процессы взаимного превращения химической и электрической форм энергии.

Электрохимические процессы можно разделить на две основные группы:

1) процессы превращения химической энергии электрическую (в гальванических элементах);

2) процессы превращения электрической энергии в химическую (электролиз).

Электролиз –окислительно-восстановительный процесс,который протекает на электродах при прохождении постоянного электрического тока через растворы или расплавы электролитов.

Сущность электролиза заключается в том, что при пропускании тока через раствор электролита (или расплавленный электролит) катионы перемещаются к отрицательному электроду (катоду), а анионы – к положительному электроду (аноду).

Достигнув электродов, ионы разряжаются, в результате чего у электродов выделяются составные части растворенного электролита или водород и кислород из воды.

При электролизе протекают два параллельных процесса: на катоде (заряжен отрицательно) процесс восстановления; на аноде (заряжен положительно) – процесс окисления.

Таким образом, знаки зарядов электродов при электролизе противоположны знаку, который имеется при работе гальванического элемента.

На характер и течение электродных процессов при электролизе большое влияние оказывают состав электролита, растворитель, материал электродов и режим электролиза (напряжение, плотность тока, температура и др.). Прежде всего, надо различать электролиз расплавленных электролитов и растворов.

Электролиз расплавов солей.

Рассмотрим в качествепримера электролиз расплава хлорида меди (рис. 3). При высоких температурах расплав соли диссоциирует на ионы. При подключении электродов к источнику постоянного тока ионы под действием электрического поля начинают упорядоченное движение: положительные ионы меди движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы хлора – к аноду.

Рис .3. Схема процесса электролиза расплава CuCl₂:

1 – расплав соли CuCl₂; 2 – угольный элек-трод, подключенный к положительному по-люсу источника тока (анод); 3 – угольный электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника тока (катод); 4 – источник постоянного тока

Достигнув катода, ионы меди нейтрализуются избыточными электронами катода и превращаются в нейтральные атомы, оседающие на катоде:

Cu²⁺ + 2 e → Cu⁰.

Ионы хлора, достигнув анода, отдают электроны

и образуют молекулы хлора Cl₂. Хлор выделя-ется на аноде в виде пу-зырьков:

2Cl ^– – 2 e → Cl⁰₂ .

Суммарное уравне-

ние окислительно-восстановительной реак-ции, происходящей при

электролизе расплава

CuCl₂:

Cu²⁺ + 2Cl ^– ¾¾¾¾^{Электролиз}® Cu⁰ + Cl⁰₂ .

Электролиз водных растворов солей.

В водных растворахкроме ионов самого электролита находятся также молекулы воды, способные восстанавливаться на катоде и окисляться на аноде.

Процессы на катоде. Возможность протекания восстановления ионов металла или молекул воды определяется значением электродного потенциала металла, т.е. его активностью, а также характером среды (рН). В общем случае (без влияния характера среды) на катоде могут протекать следующие процессы (табл. 1):

1) если электролизу подвергается соль активного металла, то на катоде восстанавливаются молекулы воды. В результате катода выделяется водород;

2) если электролизу подвергается соль среднеактивного металла, то происходит одновременное восстановление и катионов металла, и молекул воды;

3) если электролизу подвергается соль малоактивного металла, то на катоде восстанавливаются только катионы металл

Таблица 1

Схема процессов, протекающих на катоде

	Li, Rb, K, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Be, Al
1.
	Восстановление молекул воды
	2H₂O + 2		→ H₂ + 2OH ^–
		e
	Ti, Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, (H)

_2.Восстановление молекул воды и катиона металла

2H₂O + 2 e → H₂ + 2OH ^–

Meⁿ⁺ + n e → Me ⁰

	Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au
3.
	Восстановление катиона металла
	Meⁿ⁺ + n		→ Me ⁰
		e

Процессы на аноде.При рассмотрении анодных процессовследует учитывать тот факт, что материал анода в ходе элек-тролиза может окисляться. Поэтому различают электролиз с инертным анодом и электролиз с активным анодом.

Инертным называется анод,материал которого в процессеэлектролиза химически не изменяется. Для изготовления инертных анодов обычно применяют графит, уголь, платину. На инертном аноде при электролизе водных растворов могут протекать процессы (см. табл. 2):

1. Если электролизу подвергается соль безкислородной кислоты, то на аноде окисляется анион кислотного остатка. Исключением является фтор-анион, имеющий высокий окислительный потенциал.

2. Если электролизу подвергается соль кислородсодержащей

кислоты или сама кислота, то на аноде окисляются молекулы воды. В результате у анода выделяется кислород.

Таблица 2

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 114; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!