37. Электролиз. Количественные расчеты с использованием законов Фарадея.

Электролиз — это совокупность окислительно-восстановительных процессов под действием внешнего источника постоянного тока в специаль­ных устройствах — электролизерах. При элек­тролизе происходит направленное перемещение ионов электролита, окисление на аноде одних из них и восстановление на катоде — других. Однако в этом случае катодом служит отрица­тельно заряженный электрод, а анодом — положительно заряженный, (при электролизе вещества восстанавливаются на катоде и окисляются на аноде).

В качестве примера рассмотрим электролиз расплава хлорида натрия, диссоциирующего по схеме:

NaCl ↔ Na ⁺ +CI^-

При пропускании электрического тока через расплав катионы натрия дви­жутся к катоду. Здесь, взаимодействуя с электронами из внешней цепи, они восстанавливаются:

Na⁺ + е = Na

Анионы хлора перемещаются к аноду, где отда­ют избыточные электроны и окисляются:

Cl ^- - е = Cl c последующим образованием молекул газа Cl₂

Каждая из этих полуреакций протекает не само­произвольно, а за счет энергии внешнего источни­ка. Суммарная окислительно-восстановительная реакция описывается уравнением:

Na⁺ + 2CI^- = Na + Cl₂

Количественно электролиз описывается двумя законами М. Фарадея (1827):

1. Масса выделившегося на электроде вещества пропорциональна коли­честву электричества, прошедшего через электролит.

2. Одинаковые количества электричества выделяют на электродах мас­сы веществ, пропорциональные их химическим эквивалентам.

Из второго закона следует, что для выделения одного моля химических экви­валентов вещества следует затратить одно и то же количество электричества, не зависящее ни от каких условий. Измерениями установлено, что это количество составляет 96485 (округленно 96500) кулонов и называется постоян­ной Фарадея (F). Следовательно:

Умножив обе части уравнения на молярную массу эквивалентов, получим:

где: m — масса вещества, г; I — сила тока, А; t — продолжительность электролиза, с; Э — молярная масса эквивалентов вещества, г/моль экв.

38. Гальванопластика и гальваностегия как примеры технического использования электролиза.

Гальванопластика - электрохимический способ копирования (получение точных копий изделий). Широко используется в технике при изготовлении матриц в полиграфии, пресс-форм для прессования грампластинок и т.п. Этим способом изготовляют металлические сетки, ювелирные изделия, копии скульптур, гравюр, детали сложной конфигурации. Способ отличается исключительно высокой точностью воспроизведения рельефа изделия.

Гальваностегия - электрохимический процесс покрытия одного металла другим, более устойчивым в механическом и химическом отношении, например, стальные детали покрывают хромом, никелем; медные - никелем, серебром или другими металлами.

для гальваностегических покрытий используют многие металлы и сплавы (серебро, цинк, олово, никель, медь, хром и их сплавы), в гальванопластике обычно применяют лишь отложения меди, никеля и серебра