Электролиз – это окислительно — восстановительная реакция, протекающая на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита (реакция, протекающая под действием электрического тока).
При растворении электролитов в воде происходит электролитическая диссоциация , т. е. их распад на ионы. Ионы являются носителями зарядов в водных растворах электролитов, а также в в расплавах электролитов. Анионы заряжены отрицательно (-), катионы – положительно (+).
Если сосуд с раствором электролита включить в электрическую цепь, то анионы (-) начнут двигаться к аноду – положительно заряженному электроду, а катионы (+) – к катоду – отрицательно заряженному электроду.
В результате установится электрический ток – направленное движение заряженных частиц. Такую проводимость называют ионной.
На электродах происходит выделение веществ, входящих в состав электролитов.
При этом отрицательный электрод –катод выступает в качестве восстановителя, он отдает электроны. Положительный электрод – анод, представляет собойокислитель, он забирает электроны.
Снятие серебра электролизом.
Электролиз расплава хлорида натрия ( электроды из графита!)
Если в расплав хлорида натрия поместить электроды и пропустить электрический ток, то на катоде выделится натрий, а аноде – хлор.
Катод (-): Na + + e = Na Анод (+): 2Cl — — 2 e = Cl2.
Суммарное уравнение электролиза: 2NaCl = 2Na + Cl2.
При электролизе водных растворов, кроме ионов электролита, в реакции могут участвовать еще ионы водорода или гидроксид- ионы, которые образуются в результате диссоциации воды. Образующиеся ионы движутся к соответствующим электродам. К катоду подходят катионы электролита и ионы водорода Н + , а к аноду – анионы электролита и гидроксид- ионы ОН — . На катоде будут восстанавливаться, а на аноде окисляться те ионы, которые наиболее активны.
Активность катионов можно определить по электрохимическому ряду напряжений металлов:
K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au
слева направо в ряду напряжений химическая активность атомов уменьшается.
Химическая активность катионов (способность восстанавливаться) увеличивается слева направо в ряду:
K + Ca 2+ Na + Mg 2+ Al 3+ Zn 2+ Fe 2+ Ni 2+ Sn 2+ Pb 2+ H + Cu 2+ Hg 2+ Ag + Pt 2+ Au 3+.
Химическая активность анионов (способность окисляться) уменьшается слева направо в ряду:
I — Br – S 2- Cl — OH — SO4 2- .
Электролиз раствора хлорида натрия (электроды из графита!)
В растворе: NaCl, H2O
Катионы водорода восстанавливаются легче, чем ионы K+, поэтому на катоде будет восстанавливаться вода до газообразного водорода.
Анионы бескислородных кислот и их солей слабее удерживают электроны, чем гидроксид-ионы воды, поэтому на аноде окисляются хлорид-ионы до газообразного хлора.
Суммарное уравнение электролиза имеет вид:
Практическое применение электролиза.
· Электролиз применяется для получения наиболее активных металлов – калия, натрия, кальция, магния, алюминия. Металлы, полученные этим способом, отличаются высокой чистотой.
Простой способ снятия серебра электролизом Метод с сульфитом натрия
· Электролиз используют и для очистки некоторых металлов – меди, никеля, свинца, серебра, золота – от примесей.
· Методом электролиза получают некоторые активные неметаллы – хлор (Cl2) фтор (F2), а также сложные вещества – гидроксид натрия (NaOH), гидроксид калия (KOH) и др.
· Электролиз используют для покрытия металлических поверхностей предметов металлами – никелем, хромом, цинком, оловом, золотом и т. д.
Оксиды. Их классификация и характеристика химических свойств. Возможное применение оксидов в вашей профессии.
Оксиды– это сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых – кислород (в степени окисления –2).
Например, CaO – оксид кальция, CO2 – оксид углерода (II) или углекислый газ, CO – оксид углерода (II) или угарный газ, Al2O3 – оксид алюминия.
Классификация:
Несолеобразующие оксиды – те, которые при обычной температуре не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями. Это оксид углерода (II) – CO, H2O, оксиды азота – N2O, NO, NO2.
Солеобразующие оксиды – те, которые взаимодействуют с кислотами и основаниями с образованием солей. Солеобразующие оксиды принято делить на три группы:
1. Основные – это оксиды типичных металлов. В основных оксидах металлы проявляют степень окисления +1 или +2. Например, CaO – оксид кальция, MgO – оксид магния, FeO – оксид железа (II). Основным оксидам соответствуют основания.
2. Кислотные – это оксиды неметаллов и металлов с высокими степенями окисления – от +5 до +7. Например, SO2, SO3, N2O5, CO2. Кислотным оксидам соответствуют кислоты.
3. Амфотерные – это оксиды, которые имеют двойственную природу. Они взаимодействуют с кислотами (подобно основным оксидам), и со щелочами (подобно кислотным оксидам). Например, Al2O3 – оксид алюминия, ZnO – оксид цинка, Cr2O3 – оксид хрома (III ).
| Химические свойства оксидов | |
| Основные оксиды | Кислотные оксиды |
| А) оксид акт. металла + вода = щелочь CaO + H2O = Ca(OH)2 Б) осн. оксид + кислота = соль + вода CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O В) осн. оксид + кислотн.оксид = соль CaO + CO2 = CaCO3 | А) кислотный оксид + вода = кислота (кроме SiO2) SO3 + H2O = H2SO4 Б) кислотн. оксид + щелочь = соль + вода 2NaOH + SO3 = Na2SO4 +H2O |
| 3. Амфотерные оксиды А) амф.оксид + кислота = соль + вода ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O Б) амф. оксид + щелочь = соль + вода ZnO + 2 NaOH = Na2ZnO2 + H2O В) амф. оксиды с водой не взаимодействуют. |
Металлы. Их положение в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, строение атомов, химические свойства, применение в вашей профессии. Значение металлов в истории человечества.
С древнейших времен металлы играют огромную роль в развитии человечества. Современная промышленность и сельское хозяйство, транспорт и инфраструктура невозможны без применения металлов, использования их полезных качеств и свойств.
Положение металлов в периодической таблице.
Из всех известных в настоящее время химических элементов около 80% являются металлами. В периодической системе металлы расположены, в основном, в левой и нижней части таблицы.
Если в периодической системе провести диагональ от бериллия к астату, то справа вверх от диагонали будут находиться элементы-неметаллы (исключая элементы побочных подгрупп), а слева внизу элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп). Элементы, расположенные вблизи диагонали (например, бериллий, алюминий, титан, германий и др.), обладают двойственным характером.
Строение атомов металлов. Атомы металлов содержат на внешних энергетических уровнях небольшое число электронов (1,2,3). Они легко отдают эти электроны, превращаясь при этом в положительно заряженные ионы. То естьв свободном состоянии металлы являются восстановителями.
Восстановительная способность металлов различна: в электрохимическом ряду напряжений она уменьшается от калия к золоту. В соединениях атомы металлов проявляют только положительную степень окисления.
Особенности металлической связи. Кристаллические решётки металлов. Связь в металлах – металлическая. Она осуществляется свободными электронами, которые покинули свои атомы и перемещаются между ионами металлов, образующими кристаллическую решетку.
Физические свойства металлов определяются структурой их кристаллических решеток. Металлы обладают металлическим блеском, хорошо проводят электрический ток, имеют высокую теплопроводность, пластичность, ковкость, обычно серый цвет и непрозрачность Металлы имеют различную плотность: самый легкий металл – литий, а самый тяжелый – осмий. Металлы, у которых плотность менее 5 г/см 3 , называют легкими, а у которых плотность более 5 г/см 3 – тяжелыми.
Металлы имеют различные температуры плавления. Самый легкоплавкий металл – ртуть (t плавл. = – 39˚ C), а самый тугоплавкий металл – вольфрам (t плавл. = 3390˚ C).
Металлы различаются по твердости. Самый твердый металл – хром, самые мягкие металлы – щелочные, они легко режутся ножом (например, натрий).
Химические свойства.
1. Металлы реагируют с простыми веществами неметаллами:
· с кислородом с образованием оксидов: 2Mg + O2 = 2 MgO (оксид магния)
· с серой с образованием сульфидов: 2Na + S = Na2S (сульфид натрия)
· с галогенами с образованием соответствующих солей: 2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид натрия)
· с водородом с образованием гидридов: Ca + H2 = CaH2 (гидрид кальция)
2. Металлы реагируют со сложными веществами:
· с кислотами Mg + 2HCl = MgCl2 + H2
магний соляная к-та хлорид магния
Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, восстанавливают ионы водорода из разбавленных кислот (исключение – азотная кислота), а стоящие после водорода восстанавливают атом основного элемента, образующего данную кислоту.
· С водой с выделением водорода (активные металлы – при обычных условиях):
2Na 0 + 2H +1 OH = 2Na +1 OH + H2 0
Na 0 – 1e = Na +1 2 восстановитель окисление
2H +1 +2e = H20 1 окислитель восстановление
· С водными растворами солей (более активный металл вытесняет менее активный металл из раствора его соли): Fe + Cu Cl2 = FeCl2 + Cu
Применение. В жидком состоянии металлы хорошо растворяются друг в друге, образуя сплавы. Сплавы металлов широко применяются в технике, в быту. Например, из чугуна и стали делают детали машин, колеса, трубы,инструменты и т.д.
Из латуни (сплав меди с цинком) делают детали механизмов и предметы быта.
Из мельхиора (сплав меди, никеля и железа) делают детали машин и инструментов, посуду
и т.д. Из бронзы (сплав меди, алюминия и марганца) – детали машин и т.д.
Источник: stydopedia.ru
Электролиз. Растворимые аноды изготавливаются из меди, серебра, цинка, никеля и других металлов
Например, рассмотрим электролиз раствора сульфата никеля (II) с нерастворимым анодом (графит) и с растворимым никелевым анодом:
а) раствор NiS04, анод графитовый; б) раствор N1SO4, анод Ni:
(+)А 2Н20 — 4ē = 02t + 4Н + (+)А Ni° — 2ē = Ni 2+
(-)К Ni 2+ + 2ē = Ni° (-)K Ni 2+ + 2ē = Ni°
Некоторые металлы практически не растворяются из-за высокой анодной поляризации, например, никель и железо в щелочном растворителе, свинец в серной кислоте. Явление торможения анодного растворения металла из-за образования защитных слоев происходит в результате пассивирования поверхности металла.
Электролиз расплавов. В расплавах электролитов нет воды, как в водных растворах, и имеется лишь один вид катионов и один вид анионов, образующихся при диссоциации молекул соли, поэтому схема электролиза проста: на катоде восстанавливаются катионы, а на аноде окисляются анионы этой соли. Например, при электролизе расплава хлорида натрия NaCl, анод графитовый, протекают следующие процессы:
NaCl -> Na + + СГ (-) К Na + + 1ē = Na° — восстановление, (+) А 2СГ — 2ē = С12 — окисление.
Практическое применение электролиза
Электролиз широко используется в различных отраслях промышленности. Остановимся на некоторых наиболее распространенных.
Электролиз в металлургии. Электролизом растворов солей получают медь, цинк, кадмий, кобальт, марганец и другие металлы. На катоде происходит восстановление металла из раствора:
(–) К Me n+ + nē = Me 0 .
Метод электролиза применяют для электролитического рафинирования (очистки) металлов от примесей – меди, серебра, олова, свинца и др. Элек-
В Химия. Учеб. пособие
-139-
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Электролиз
Если в раствор или расплав электролита опустить электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы электролита будут двигаться к электродам: катионы к катоду (отрицательно заряженному электроду), анионы к аноду (положительно заряженному электроду).
На катоде катионы принимают электроны и восстанавливаются. На аноде анионы отдают электроны и окисляются.
Схема движения электронов в растворе или расплаве электролита под действием электрического тока
В теоретическом плане простейшим примером электролиза является электролиз расплавов.
Рассмотрим процесс электролиза расплава NaCl.
Под действием электрического поля катионы Na + движутся к катоду и принимают от него электроны:
Na + + ē = Na 0 — процесс восстановления.
Анионы Cl — движутся к аноду и отдают электроны:
2Cl — — 2ē = Cl2 0 — процесс окисления.
На катоде выделяется металлический натрий, на аноде — газообразный хлор.
Эта реакция является окислительно-восстановительной; на катоде всегда идет процесс восстановления, на аноде всегда идет процесс окисления.
Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.
Сущность электролиза состоит в том, что за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самопроизвольно.
Электролиз расплавов и электролиз растворов отличаются друг от друга.
В растворе соли кроме ионов металла и кислотного остатка присутствуют молекулы воды и ионы Н + , ОН — – продукты диссоциации Н2О. Поэтому при рассмотрении реакций на электродах необходимо учитывать возможность участия молекул Н2О в электролизе.
Для определения результатов электролиза водных растворов существуют следующие правила:
Процесс на катоде не зависит от материала катода, а зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжений:
- Если катион электролита находится в начале ряда напряжений (по Al включительно), то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется Н2↑). Катионы металла не восстанавливаются, остаются в растворе.
- Если катион электролита находится в ряду напряжений между алюминием и водородом, то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды.
- Если катион электролита находится в ряду напряжений после водорода, то на катоде идет только процесс восстановления ионов металла.
- Если в растворе находится смесь катионов разных металлов, то первыми восстанавливаются катионы того металла, который имеет наибольшее алгебраическое значение электродного потенциала.
Рассмотренные правила сведены в таблицу:
Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона:
- Если анод растворимый (железо, медь, цинк, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то независимо от природы аниона всегда идет окисление металла анода.
- Если анод нерастворимый, т. е. инертный (уголь, графит, платина, золото), то:
а) при электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисления аниона;
б) при электролизе растворов солей оксокислот и фторидов на аноде идет процесс окисления воды (выделяется кислород); анион не окисляется, остается в растворе. При электролизе растворов щелочей идет окисление гидроксид-ионов.
Рассмотренные правила сведены в таблицу. Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:
Электролиз широко используют для выделения и очистки металлов, получения щелочей, хлора, водорода. Алюминий, магний, натрий, кадмий получают только электролизом. Очистку меди, никеля, свинца проводят целиком электрохимическим методом. Важной отраслью применения электролиза является защита металлов от коррозии; при этом электрохимическим методом на поверхность металлических изделий наносится тонкий слой другого металла (хрома, серебра, меди, никеля, золота), устойчивого к коррозии.
Источник: al-himik.ru