Цели, задачи:
На фактическом уровне получения знаний:
1. Электролиз, как окислительно-восстановительный процесс;
2. Катод и анод, их поляризация от внешнего источника, характер процессов и их последовательность;
3. Явление поляризации электродов и ее разновидности;
4. Количественные законы электролиза;
5. Прикладное значение электрохимических процессов.
На операционном уровне получения знаний:
Обучить студента:
1. Характеризовать электрохимическую систему;
2. Использовать значения окислительно-восстановительных потенциалов для решения вопроса о характере анодных и катодных процессов;
3. Описывать уравнение реакций анодного окисления и катодного восстановления с учетом явления поляризации;
4. Использовать законы Фарадея и выход по току для количественных расчетов.
На аналитическом уровне получения знаний:
1. Используя значения стандартных электродных потенциалов, определять окислитель, восстанавливающийся катодным током, и восстановитель, окисляющийся анодным током;
2. Описывать уравнения электродных реакций. Анализируя систему, формировать при необходимости вторичные продукты электролиза и приводить общие уравнения реакции;
3. Использовать законы Фарадея и выхода по току, определять массы первичных и вторичных продуктов.
Фактический материал:
I. Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс на электродах при протекании элекетрического тока от внешнего источника Э.Д.С. через раствор или расплав электролитов. В процессе электролиза электрическая энергия преобразуется в химическую, для совокупного окислительно-востановительного процесса ΔG>0.
II. Правила катодного восстановления и анодного окисления. Особенности электролиза с активным анодом.
III. Потенциал разложения, перенапряжение при электролизе, вызванное явлением поляризации электродов, т.е. сдвигом значения потенциала катода в отрицательную область, а анода в положительную. Поляризационные процессы классифицируются: а) концентрационная поляризация, возникающая за счет изменения концентраций ионов в приэлектродном слое; б) электро-химическая, вызванная изменением природы поверхности электродов в результате процесса.
IV. Количественные законы электролиза, I и II закон Фарадея, физический смысл постоянной Фарадея.
Повышенный расход электричества в реальных процессах характеризуется с помощью выхода по току.
V. Процессы электролиза используется в таких областях промышленности как: а) химическая (получение щелочей и газов, органический синтез и др.); б) металлургия (получение химически агрессивных металлов, в том числе и алюминия, получение металлов высокой чистоты, т.е. электрорафинирование металлов) в) гальванотехника ( гальваностегия и гальванопластика).
Особая область использования электрохимических процессов – это производство и эксплуатация химических источников электрического тока (ХИЭТ). Классификация ХИЭТ : а) однократного использования – гальванические элементы (сухие или наливные батареи); б) многократного использования – аккумуляторы (кислотные и щелочные); в) топливные элементы , работающие по принципу холодного горения.
Выводы по теме:
1. Электролиз – совокупность процессов, протекающих под действием постоянного электрического тока через систему, состоящую из электродов и электролита.
2. Катод – электронно-избыточный электрод, на котором восстанавливаются окислители электролита с наибольшим потенциалом. Анод – электронно-недостаточный электрод, под действием анодного тока окисляется восстановитель с наименьшим значением потенциала.
3. При наличии нескольких электролитов электролизу подвергается вещество с наименьшим потенциалом разложения.
4. В процессе электролиза формируются как первичные, так и вторичные продукты.
5. Реальные электрохимические процессы, как в гальванических элементах, так и при электролизе существенно отличаются от равновесных вследствие процессов поляризации.
6. Количественно электролиз описывается законами Фарадея и выходом по току.
7. Процесс электролиза используется в технике.
Вопросы для самопроверки:
1. Составить уравнение процессов, протекающих при электролизе расплавов NaOH и NiCl2 c инертными электродами.
2. Составить схемы электролиза водного раствора хлорида цинка, если а) анод – цинковый; б) анод – угольный.
3. Имеется раствор, содержащий KCl и Cu(NO3)2. Предложить наиболее простой способ получения практически чистого KNO3
4. При электролизе раствора CuCl2 на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.). Найти массу меди выделившейся на катоде.
5. При электролизе водного раствора Cr2(SO4)3током силой 2 А масса катода увеличилась на 8г. В течение какого времени проводили электролиз?
6. При прохождении через раствор соли трёхвалентного металла тока силой 1,5 А в течение 30 минут на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислить малярную массу атома металла.
7. Вычислить массу серебра, выделившегося на катоде при пропускании тока силой 6 А через раствор нитрата серебра в течение 30 минут при выходе по току 80%.