Электролиз водного раствора электролита — КиберПедия 

Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...

История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...

Электролиз водного раствора электролита

2017-06-19 605
Электролиз водного раствора электролита 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

При электролизе водного раствора электролита присутствуют несколько видов катионов и анионов. Например, в водных растворах солей кроме анионов и катионов электролита всегда имеются молекулы воды.

Так как на катоде идет реакция восстановления, т.е. прием электронов окислителем, то в первую очередь должны реагировать наиболее сильные окислители. Характер катодных реакций при электролизе водных растворов определяется положением катиона в ряду стандартных электродных потен­циалов. Чем более отрицателен электродный потенциал металла, тем более характерным является ионное состояние его соединений и тем труднее идет восстановление его ионов на катоде. И наоборот, чем положительнее электродный потенциал металла, тем легче идет восстановление его ионов на катоде.

Рассматривая катодное восстановление, нужно учитывать величину потенциала процесса восстановления ионов водорода.

В случае нейтральных растворов [Н+] = 10-7 (рН = 7) электродный потенциал ионов водорода равен - 0,41 В.

φ = φ° + 0,059 lg[H+] = φ° - 0,059 ´ 7 = - 0,41 В.

При электролизе водного раствора электролита возможны три вида реакций, протекающих на катоде:

1) электродный потенциал металла более положителен, чем - 0,41 В, его ионы практически полностью восстанавливаются на катоде (например, ионы Cu2+, Ag+, Hg2+ и т.д.);

2) ионы металлов, потенциалы которых намного ниже - 0,41 В, на катоде не восстанавливаются. К ним относятся ионы щелочных, щелочно-земельных металлов, алюминия и других, стоящих в ряду стандартных электродных потенциалов левее алюминия. В этом случае на катоде идет восстановление воды с выделением газообразного водорода по уравнению 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-.

Накапливаются ионы OH-, среда становится щелочной. Потенциал восстановления водорода в щелочной среде равен - 0,83В.

φ = φ° + 0,059 lg[H+] = 0 - 0,059 ´ 14 = - 0,83 В;

3) ионы металлов, потенциалы которые относительно мало отличаются от потенциала - 0,83 В. На катоде одновременно восстанавливаются ионы металла и вода до образования водорода. К ним относятся ионы металлов, находящихся в ряду стандартных электродных потенциалов между алюминием и водородом.

Анодные процессы протекают на инертном и активном анодах. Инертным называется анод, материал которого не претерпевает окисления при электролизе. В качестве материалов для инертных анодов применяют графит, уголь, платину. Активным называется анод, материал которого может окисляться при электролизе.

На инертном аноде при электролизе кислородсодержащих кислот, их солей, а также фтороводородной кислоты и ее солей происходит электрохимическое окисление воды с выделением кислорода. Уравнение имеет вид 2H2O - 4e- → O2 + 4H+.

В рассматриваемых случаях электрохимическое окисление воды является энергетически наиболее выгодным процессом, т.к. стандартный потенциал окисления воды равен + 1,23 В. Кислородсодержащие анионы или не способны окисляться, или их окисление происходит при более высоких потенциалах. Например, стандартный потенциал окисления иона SO42- равен +2,01 В, стандартный потенциал окисления иона F- имеет еще большее значение (+ 2,87 В). В щелочной среде уравнение имеет вид 4OH- - 4e- → O2 + H2O.

При электролизе водных растворов бескислородных кислот и их солей (кроме HF и фторидов) на аноде происходит окисление анионов. Если берутся кислоты HJ, HBr, HCl и их соли, то у анода выделяется соответствующий галоген. Окисление иона C1- на аноде связано с явлением перенапряжения (материал анода оказывает тормозящее действие на процесс выделения кислорода):

(φ о C12/2C1- = 1,36 В > + 1,23 В).

Рассмотрим примеры электролиза водных растворов электролитов.

Электролиз раствора CuJ2 с инертным анодом

В растворе имеются ионы Cu2+ и 2J-. Стандартный электродный потенциал меди имеет положительное значение (+ 0,34 В), поэтому на катоде будут восстанавливаться ионы Cu2+, а на аноде – окисляться ионы 2J-. При электролизе раствора CuJ2 протекают реакции по уравнениям:

на катоде Cu2+ + 2е- → Cu0;

на аноде 2J - - 2е- → 2J0 2J0 = J2.

Итак, при электролизе раствора CuJ2 на катоде осаждается металлическая медь, а на аноде – электронейтральный йод.

Электролиз раствора Na2SO4 с инертным анодом

Na2SO4 ↔ 2Na+ + SO42-

φ 0Na+/Na0 =- 2,71 В << φ 0(H2O/H2) + 2OH- = - 0,41 B.

На катоде восстанавливается вода до образования водорода, а на аноде окисляется вода до образования кислорода. У катода накапливаются ионы ОН-, у анода – ионы H+. При электролизе раствора Na2SO4 протекают реакции по уравнениям:

на катоде: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-;

в растворе около катода: 2Na+ + 2OH- → 2NaOH;

на аноде: 2H2O - 4e → O2 + 4H+;

в растворе около анода: 2SO4-2 + 4H+→ 2H2SO4.

Таким образом, при электролизе раствора Na2SO4 на като­де выделяется газообразный водород, а у катодного пространства накапливается щелочь (NaOH). На аноде выделяется газообразный кислород, а у анодного пространства накапливается кислота H2SO4.

 

Электролиз раствора NiSО4 с никелевым анодом

φ 0Ni2+/Ni = - 0,23 B > φ 0H2O/H2+ 2OH- = - 0,41 B.

Поэтому при электролизе нейтрального раствора NiSО4 на катоде идет восстановление в основном ионов Ni2+. На аноде происходит окисление металла. Так как потенциал никеля меньше потенциала окисления воды (φ 0H2O = + 1,23 B) и потенциала окисления ионов SO42- (φ 0 = + 2,01 В), то в данном случае электролиз сводится к растворению металла на аноде и выделению его на катоде. Реакция протекает по уравнениям:

на катоде Ni2+ + 2e- →Ni0;

на аноде Ni0 - 2e- → Ni2+.

Этот процесс применяется для электрической очистки никеля (электролитическое рафинирование). Таким образом, в общем случае на аноде легче окисляются те атомы, молекулы и ионы, потенциалы которых в данных условиях наиболее низкие, а восстанавливаются на катоде легче те ионы, молекулы и атомы, потенциалы которых наиболее высокие.


Поделиться с друзьями:

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...

Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...

Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...

Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.008 с.