Вопрос 33.

Электролиз - совокупность процессов, происходящих на электродах, погруженных в раствор или расплав электролита, под действием электрического тока, подаваемого от внешнего источника.

Процессы на катоде.

1. На катоде могут восстанавливаться как катионы соли, так и молекулы воды. Все катионы металлов можно разделить на 3 группы: 1)металлы, стоящие в ряду напряжений до Al включительно никогда не восстанавливаются из растворов, восстанавливается только вода: 2H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^-

2. Металлы, стоящие в ряду от Mn до Н₂; восстанавливаются на катоде вместе с молекулами воды: 2H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^- Meⁿ⁺ + ne^- = Me;

3. Металлы, стоящие в ряду после Н₂ сами восстанавливаются на катоде: Meⁿ⁺ + ne^- = Me;

Процессы на аноде.

1) Если кислотный остаток бескислородный, то на аноде окисляется сам кислотный остаток: 2Cl^- + 2e^- = Cl₂;

2) Исключение HF. Если кислотный остаток кислородосодержащий, то на аноде окисляется вода: 2H₂O – 4e^- = O₂ + 4H⁺

3) Электрод растворимый активный, то на аноде окисляется сам металл, из которого изготовлен электрод: Cu - 2e^- = Cu²⁺

4) Гидроксид-ионы в щелочной среде: 2OH^- - 2e^- = 0,5O₂ + H₂O.

Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.

m=kIt

Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

It=Q

Постоянная Фарадея = 96500Кл.

m=M_эIt/F.

Вопрос 34.

Очистка или рафинирование металлов. Процесс происходит в электролитической ванне. Анодом служит металл, подлежащий очистке, катодом — тонкая пластинка из чистого металла, а электролитом — раствор соли данного металла, например, при рафинировании меди — раствор медного купороса. В загрязненных металлах могут содержаться ценные примеси. Так, в меди часто содержится никель и серебро. Для того чтобы на катоде выделялся только чистый металл, необходимо учитывать, что выделение каждого вещества начинается лишь при некоторой определенной разности потенциалов между электродами, называемой "потенциалом разложения". При надлежащем ее выборе из раствора медного купороса на катоде выделяется чистая медь, а примеси выпадают в виде осадка или переходят в раствор.

Электрометаллургия. Некоторые металлы, например, алюминий, получают методом электролиза из расплавленной руды. Электролитической ванной и одновременно катодом служит железный ящик с угольным полом, а анодом — угольные стержни. Температура руды (около 900 °С) поддерживается протекающим в ней током. Расплавленный алюминий опускается на дно ящика, откуда его через особое отверстие выпускают в формы для отливки.

Гальваностегия — электролитический способ покрытия металлических изделий слоем благородного или другого металла (золота, платины), не поддающегося окислению. Например, при никелировании предмета он сам служит катодом, кусок никеля — анодом. Пропуская через электролитическую ванну в течение некоторого времени электрический ток, покрывают предмет слоем никеля нужной толщины.

Гальванопластика, или электролитическое осаждение металла на поверхности предмета для воспроизведения его формы, была изобретена в 1837 г. русским ученым Б. С. Якоби, предложившим использовать электролиз для получения металлических отпечатков рельефных предметов (медалей, монет и др.). С предмета снимают слепок из воска или вырезают выпуклое изображение на деревянной доске и делают его проводящим, покрывая слоем графита. Затем опускают слепок или доску в качестве катода в электролит. Анодом служит кусок металла, используемого для осаждения. Этим способом изготовляют, например, типографские клише.

Электролитическим путем получают тяжелую воду (D2O), в которой атомы водорода заменены атомами его изотопа — дейтерия (D) с атомной массой 2.