Электролиз 3

Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, которое возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.





Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.



Явление электролиза широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения алюминия, водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений, диоксида марганца, пероксида водорода. Большое количество металлов извлекаются из руд и подвергаются переработке с помощью электролиза (электроэкстракция, электрорафинирование).



Электролиз находит применение в очистке сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации) 



Первый закон Фарадея



В 1832 году Фарадей установил, что масса M вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду Q, прошедшему через электролит:



если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности  называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества. 



Второй закон Фарадея



Электрохимические эквиваленты различных веществ относятся, как их химические эквиваленты.



Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы A иона к его валентности z. Поэтому электрохимический эквивалент



Где   — постоянная Фарадея.







Расплавы



1) Активные металлы



1.Соль активного металла и бескислородной кислоты



NaCl ↔ Na+ + Cl−



K"катод"(-): Na+ + 1e = Na0



A"анод"(+): Cl− — 1e = Cl0; Cl0+Cl0=Cl2



Вывод: 2NaCl → (электролиз) 2Na + Cl2



2.Соль активного металла и кислородосодержащей кислоты



Na2SO4↔2Na++SO42−



K(-): 2Na+ +2e =2Na0



A(+): 2SO42− −4e =2SO3+O2



Вывод: 2Na2SO4 → (электролиз) 4Na + 2SO3 + O2



3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион



NaOH ↔ Na+ + OH−



K(-): Na+ +1e =Na0



A(+): 4OH− −4e =2H2O + O2



Вывод: 4NaOH → (электролиз) 4Na + 2H2O + O2



2) Менее активные металлы



Точно так же



3) Неактивные металлы



Точно так же

[править]

Растворы



1) Активные металлы



1.Соль активного металла и бескислородной кислоты



NaCl ↔ Na+ + Cl−



K"катод"(-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH−



A"анод"(+): Cl− — 1e = Cl0; Cl0+Cl0=Cl2



Вывод: 2NaCl + 2H2O(электролиз) → H2 + Cl2 +2NaOH



2.Соль активного металла и кислородсодержащей кислоты



Na2SO4↔2Na++SO42−



K(-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH−



A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4H+



Вывод: 2H2O (электролиз) → H2 + O2



3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион



NaOH ↔ Na+ + OH−



K(-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH−



A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4Н+



Вывод: 2H2O (электролиз) → 2H2 + O2



2) Менее активные металлы



1.Соль менее активного металла и бескислородной кислоты



ZnCl2 ↔ Zn2+ + 2Cl−



K"катод"(-): Zn2+ + 2e = Zn0



A"анод"(+): 2Cl− — 2e = 2Cl0



Вывод: ZnCl2 (электролиз) → Zn + Cl2



2.Соль менее активного металла и кислородсодержащей кислоты



ZnSO4 ↔ Zn2++SO42−



K(-): Zn2+ + 2e = Zn0



A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4Н+



Вывод: 2ZnSO4 + 2H2O(электролиз) → 2Zn + 2H2SO4 + O2



3. Гидроксид: невозможно (нерастворим)



3) Неактивные металлы



Точно так же