рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

ЭЛЕКТРОЛИЗ

ЭЛЕКТРОЛИЗ - Самостоятельная Работа, раздел Химия, УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ По курсу Химии Электролизом Называется Окислительно – Восстановительный Процесс, Про...

Электролизом называется окислительно – восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

Заряженные ионы электролита под действием электрического тока начинают 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.

Электролиз расплавов и растворов протекает по разному т.к. в растворах дополнительно присутствуют ионы Н+ и ОН- , которые также участвуют в процессе электролиза.

Электролиз расплава. В теоретическом плане простейшим примером электролиза является электролиз расплава. Рассмотрим процесс электролиза расплава NaCI

NaCI = Na+ + CI

Под действием электрического тока катионы движутся катоду и принимают от него электроны:

Катод (—) Na+ + e = Na0 – процесс восстановления.

Анионы CI движутся к аноду и отдают электроны:

Катод (—) 2 CI - 2е = CI2 - процесс окисления.

Na+ + e = Na0

2 CI — 2е = CI2

Суммарное ионное уравнение электролиза : 2Na+ + 2 CI = 2Na0 + CI2

Суммарное молекулярное уравнение: 2NaCI = 2Na + CI2

На катоде выделяется металлический натрий, на аноде – газообразный хлор. Это реакция окислительно - восстановительная, на катоде всегда идет процесс восстановления, на аноде всегда идет процесс окисления.

Электролиз растворов.Процесс на катоде.

1.Если катион электролита находится в начале электрохимического ряда (по AI включительно), то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется Н2). Катионы металла не восстанавливаются, остаются в растворе.

2.Если катион электролита находится в ряду между алюминием и водородом, то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла и молекулы воды.

3.Если катион электролита находится в ряду напряжения после водорода, то на катоде идет только процесс восстановления ионов металла.

4.Если в растворе находится смесь катионов разных металлов, то первыми восстанавливаются катионы менее активных металлов.

Катодные процессы в водных растворах солей

Li, K, Ca, Na, Mg, Al Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb H2 Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Men+ - металл не востанавливается Men+ + Me0   Men+ +2e = Me0
2О + 2е = Н2 + 2ОН 2О + 2е = Н2 + 2ОН    

 

Процесс на аноде. Продукты электролиза зависят от материала анода и природы аниона.

1. Если анод растворимый (железо, медь, серебро), то независимо от природы аниона всегда идет окисление металла анода.

2. Если анод нерастворимый (уголь, графит, платина, золото), то анионы безкислородных кислот (за исключением фторидов) окисляются на аноде, а анионы оксокислот и фториды не окисляются на аноде, а идет окисление воды с выделением кислорода. При электролизе щелочей идет окисление гидроксид ионов.

Анодные процессы в водных растворах

Анод Анионы безкислородные Анионы кислородсодержащие
Нерастворимы й Окисление аниона (кроме фторидов) Асm — +me = Ас0 В щелочной среде 4ОН— 4е = О2 + 2Н2О В кислой, нейтральной средах 2Н2О — 4е = О2 + 4Н+
Растворимый   Окисление металла анода Ме0 —ne = Меn+ Анод раствор Окисление металла анода Ме0 —ne = Меn+ Анод раствор

 

Массу вещества, образовавшегося при электролизе найти исходя из закона Фарадея:

, где m - масса вещества, М – молярная масса, n - количество отданных или принятых электронов, F – число Фарадея (96500 Кл/моль) = А·ч/моль), I – сила тока (А), t - продолжительность процесса.

Электролиз используется для выделения и очистки металлов, получения щелочей, хлора, водорода. Алюминий, магний, натрий, кадмий получают только электролизом. Очистку меди, никеля, свинца проводят целиком электрохимическим методом. Для защиты от коррозии электрохимическим методом на поверхность металлических изделий наносится тонкий слой другого металла (хрома, серебра, меди, никеля, золота), устойчивого к коррозии.

ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Устройства, которые применяют для непосредственного преобразования энергии химических реакций в электрическую энергию, называют гальваническими элементами или химическими источниками электрической энергии. Действие любого гальванического элемента основано на протекании в нем окислительно – восстановительной реакции.

Классический пример гальванического элемента – элемент Даниэля – Якоби, он состоит из цинковой пластины (1), погруженной в раствор сульфата цинка и медной пластины (2), погруженной в раствор сульфата меди. Растворы разделены пористой перегородкой (4) (или электролитическим мостиком).

При замкнутой цепи цинк окисляется, ионы цинка переходят в раствор, электроны движутся по внешней цепи к медному электроду.

На медном электроде происходит восстановление ионов меди из раствора, медь выделяется на пластинке. Цинковый электрод является анодом, медный катодом, цинк растворяется, медь выделяется из раствора, сульфат анионы движутся через пористую перегородку от медного к цинковому электроду.

Процесс на аноде Zn = Zn+2 + 2e

Процесс на катоде Cu+2 + 2e = Cu

Суммарное уравнение: Zn + Cu+2 = Zn+2 + Cu

Молекулярное уравнение: Zn + CuSO4 = Zn SO4 + Cu

Кратко строение элемента Даниэля – Якоби можно записать следующей схемой:

Zn|ZnSO4(р) || CuSO4(р)|Cu

Таким образом, при работе гальванического элемента электроны от восстановителя переходят к окислителю по внешней цепи, на электродах идут электрохимические процессы, в растворе наблюдается направленное движение ионов. В настоящее время используются различные гальванические элементы: железо – никелевые, кадмиево – никелевые, серебряно – цинковые, свинцовые, и др. их называют аккумуляторами. В свинцовом аккумуляторе одни пластины заполнены дооксидом свинца, другие губчатым свинцом. Металлический свинец при работе аккумулятора является анодом и окисляется:

Pb + SO4-2 = PbSO4 +2e

Диоксид свинца является катодом, он восстанавливается:

PbO2 + SO4-2 + 4H+ + 2e = PbSO4 +2H2O

Суммарный процесс: Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

При зарядке, через аккумулятор пропускают электрический ток и в результате этого электрохимические процессы на электродах протекают в обратном направлении.

Свинцовый электрод становится катодом, на нем протекает процесс восстановления:

PbSO4 +2e = Pb + SO4-2

На электроде из PbO2 происходит процесс окисления:

PbSO4 + 2H2O = PbO2 + SO4-2 + 4H+ + 2e

ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

Электродвижущая сила гальванического элемента равна алгебраической сумме электродных потенциалов электродов.

 

Скачок потенциала, возникающий на границе раздела металл – раствор его соли, называется электродным или окислительно – восстановительным потенциало ( ). Зависимость электродного потенциала от природы металла, концентрации его ионов в растворе и температуры количественно выражается уравнением В. Нернста.

, где F - число Фарадея

равно 96500Кл/моль, z – заряд иона, R – газовая постоянная 8,31Дж/моль·К, Т температура по Кельвину, - стандартный электродный потенциал металла. Подставляя в формулу число Фарадея, температуру 298К, газовую постоянную и десятичный логарифм, получаем:

 

Стандартным электродным потенциалом металла называется скачок потенциала на границе раздела металл - раствор его соли с концентрацией 1 моль/л.

Для измерения электродных потенциалов собирают гальваническую цепь, состоящую из исследуемого электрода и стандартного водородного электрода. Водородный электрод представляет собой платиновую пластинку, насыщенную газообразным водородом, которая опущена в водный раствор кислоты. Потенциал стандартного водородного электрода принят равным нулю. Например: для цинкового электрода:

Zn|ZnSO4|| H2SO4 |H2,Pt

Потенциал цинкового электрода будет равен ЭДС такого гальванического элемента с обратным знаком, если берется медный электрод, то его потенциал будет равен ЭДС гальванического элемента.

Последовательность металлов, расположенных в порядке убывания (возрастания) значений их электродных потенциалов, называется рядом напряжения или рядом активности металлов. В гальванических элементах более активный металл является анодом (он растворяется при работе гальванического элемента), а менее активный катодом. Для расчета ЭДС гальванического элемента из потенциала менее активного металла отнимается потенциал более активного металла.

Например: стандартный потенциал цинкового электрода равен -0,76 В, медного 0,35В. ЭДС = 0,35 – (-0,76) = 1,11В.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ По курсу Химии

Кафедра общей и биоорганической химии... УЧЕБНО МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ... Для самостоятельной работы студентов...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ЭЛЕКТРОЛИЗ

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

План лекций
№ п/п Содержание лекции часы Введение в предмет. Элементы химическо термодинамики. 1 и 2 закон термодинам

Автоматический зачет выставляется при общем рейтинге не менее 80 баллов
Рейтинг модулей: № п/п Название календарных модулей Количество лекций/занятий, Максимальный рейтинг модуля

ЗАНЯТИЕ № 1
ТЕМА:Основы химической термодинамики и биоэнергетики. Химическое равновесие. ЦЕЛЬ:Познакомиться с основами термодинамики и биоэнергетики,

Основные уравнения химической термодинамики и химического равновесия
1. Q = DE + W -уравнение первого начала термодинамики 2. W = PDV 3. Qv = DEv -теплота

Стандартные энтальпии образования веществ, стандартные энтропии и стандартные энергии Гиббса образования веществ
Вещество Стандартная энтальпия образования кДж/моль Стандартная энтропия Дж/моль×К Стандартная энергия Гиббса образования кД

Окислители чрезвычайно токсичны для организма.
ТИПЫ ОКИСЛИТЕЛЬНО – ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ 1) Межмолекулярные окислительно – восстановительные реакции, окислитель и восстановитель входят в состав мол

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
К электрохимической коррозии относятся все случаи коррозии в водных растворах или во влажной атмосфере. Для предупреждения от электрохимической коррозии применяются различные методы. Например, защи

Обучающие задачи
Задача №1.Сумма коэффициентов в уравнении реакции: Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + NO + H2O, составляет 1) 10 2) 15 3) 20 4) 18

Кислотно-основное равновесие в крови человека обеспечивается водородкарбонатной, фосфатной и белковой буферными системами.
Нормальное значение рН плазмы крови составляет 7,4±0,05. Этому соответствует интервал значений активной кислотности [H+] от 3,7 до 4,0х10-8 моль/л. Так как в крови присутствую

Воздушное пространство легких плазма крови
В соответствии с уравнением Гендерсона-Гассельбаха рН водородкарбонатного буферного раствора определяется отношением концентрации кислоты Н2СО3 и соли NaНСО3

Обучающие задачи
  Задача 1.Гомогенная реакция 2NO + Cl2 = 2NOCl протекает по простому механизму. Как измениться скорость прямой реакции, когда концентрация оксида азота (I

Задачи для самостоятельного решения
Задача 1.Константа скорости аспирина (t=250С) составляет: при рН = 2,5, k=0,001час-1, при рН=11,0, k=10сут-1. Рассчитайте период полупревращения ре

Катализаторы, ускоряющие скорость химической реакции называются
1) ингибиторы 3) антиоксиданты 2) инициаторы 4) окислители 10. Принято выделять следующие виды катализа: 1) гомогенный 3) мономолекулярный 2) ге

Какие приведенные ниже соли являются средними
1) CaOHCl 2) KHCO3 3) Na2HPO 4 4) CaCl2 5) KHS 9. Укажите электронную формулу внешнего уровня для наиболее активного металла:

Обучающие задачи и упражнения
Задача 1.Определите степень окисления комплексообразователя в комплексном соединении [Cо(NH3)5Br]SO4 Решение:Внешняя сфер

Упражнения для самостоятельной работы
1. Определите степень окисления комплексообразователя, назовите комплексное соединение и выразите константу нестойкости: K3[Fe(CN)6] [Co(H2O)6]C

Какой оксид обладает основными свойствами
1) FeО3 2) CO2 3) P2O5 4) FeO 5) SO3 10. Гидроксид хрома (III) Сг(ОН)3 может проявлять в окислительно- восстановит

Обучающие задачи и упражнения
Задача 1. При сжигании элементарной серы и обжиге пирита FeS2 образуется оксид серы S02, который на катализаторе может окисляться кислородом до оксида SO

Задачи для самостоятельного решения
1. К несолеобразующим оксидам относятся: 1) СО; 2) SiO2; 3) SiO; 4) SnO; 2. Амфотерными свойствами обладают: 1) N2O3; 2) P2O

Обучающие задачи.
Задача № 1.Определить величину адсорбции при 100С для раствора, содержащего 0,05 г в литре нонановой (пеларгоновой) кислоты C8H17COOH. Поверхностно

Какое определение подходит для катионактивных ПАВ
1) молекулы ПАВ диссоциируют в водном растворе с образованием катиона с длинной гидрофобной цепью 2) молекулы ПАВ диссоциируют в водном растворе с образованием аниона, связанного с длинной

Норадреналин адреналин
Дофамин –гормон, нейромедиатор, улучшает доставку кислорода, усиливает силу сердечных сокращений, работу почек, влияет на двигательную активность. Адреналин

Биологически важные ароматические и гетероциклические соединения.
ЦЕЛЬ.Изучить классификацию, химическое строение особенности реакционной способности важнейших ароматических и гетероциклических соединений. Познакомиться с важнейшими представителя

Обучающие упражнения
Задание 1. Один из стереоизомеров 2-амино-3-гидроксибутановой кислоты (треонин) входит в состав белков. Какие стереоизомеры возможны для треонина? Ответ:в

Строение пептидной связи
В составе пептидной (амидной) группы -СО-NH- атом углерода в sp2 гибридном состоянии, атом азота тоже в sp2 состоянии, неподеленная пара электронов атома азота вступает в сопр

Обучающие упражнения
Задание 1. Напишите схему взаимодействия b-D-галактопиранозы с метанолом в присутствии кислотного катализатора в безводной среде. Ответ:  

Обучающие упражнения
Задание 1. Привести формулы гетероциклических соединений, входящих в структуру ДНК и РНК (урацил, аденин, гуанин, цитозин, тимин), их исторические и систематические названия.

Обучающие упражнения
Задание 1. Привести формулы важнейших высших жирных кислот с учетом индекса кислоты. 1.1 олеиновая кислота (18:1) 1.3 арахидоновая к

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РЕФЕРАТА
Реферат оформляется в произвольной форме (компьютерный набор). Примерный объем реферата 10-20 листов формата А4. Обязателен список использованной литературы, оформленный в соответствии с требования

ЗАДАНИЯ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ КАРТОТЕКИ
1. Биологическая роль химических элементов в организме человека: Ca, Mg, Na, K, Zn, Cu, Fe, Co, Mo, Pt (цис-изомер), Pb, I, F, O, P, S, Se Для каждого химического элемента необход

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги