Лабораторная работа № 11 «Электролиз»
Теоретическое введение
Электролизом называется окислительно – восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита.
Сущность электролиза состоит в том, что за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самопроизвольно.
Электролиз расплава и раствора отличаются друг от друга.
В растворе соли кроме ионов металла и кислотного остатка присутствуют молекулы воды и ионы Н+ и ОН- - продукты диссоциации воды. Поэтому при рассмотрении реакций на электродах необходимо учитывать возможность участия молекул воды в электролизе.
Процесс на катоде не зависит от материала катода, а зависит от положения металла в электрохимическом ряду (табл.1).
Таблица 1
Катодные процессы в водных растворах солей
Электрохимический ряд напряжения металлов |
|||
Li; K; Na; Ca; Mg; Al |
Mn; Zn; Fe; Ni; Sn; Pb |
H2 |
Cu; Hg; Ag; Pt; Au |
Men+ - не восстанавливается 2H2O + 2 ē = H2↑+ 2OH- |
Men+ + n ē = Me0 2H2O + 2 ē = H2↑+ 2OH- |
|
Men+ + n ē = Me0 |
Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона (табл.2).
Таблица 2
Анодные процессы в водных растворах солей
Анод |
Кислотный остаток (Асm-) |
||
бескислородный |
кислородсодержащий |
||
Растворимый |
Окисление металла (анода) Me0 - n ē = Men+ анод р-р |
||
Нерастворимый |
Окисление аниона (кроме фторидов) Асm- - m ē = Ас0 |
В щелочной среде: 4ОН- - 4ē = О2↑+ 4H2O В кислой и нейтральной среде: 2H2O - 4ē = О2↑+ 4H+ |
|
Пример: Электролиз расплава сульфата натрия
Na2SO4 ↔ 2 Na+ + SO42-
К
(-)
Na+
+ ē = Na0
4
А
(+)
2SO42-
- 4ē = 2SO3
+ O2
1
4Na+ + 2SO42- = 4Na0 + 2SO3 + O2
2 Na2SO4 = 4Na0 + 2SO3 + O2
Пример: Электролиз раствора хлорида калия (анод нерастворимый)
KCl ↔ K+ + Cl-
K(-) 2H2O + 2 ē = H2↑+ 2OH-
А
(+)
2Cl-
- 2ē = Cl20↑
2H2O + 2Cl- = H2↑+ 2OH- + Cl20↑
2 KCl +2H2O = H2↑+ 2KOH- + Cl20↑
Пример: Электролиз раствора хлорида цинка (анод нерастворимый)
ZnCl2 ↔ Zn2+ +2Cl-
K(-) Zn2+ + 2ē = Zn0
2H2O + 2 ē = H2↑+ 2OH-
А(+) 2Cl- - 2ē = Cl20↑
Суммарное уравнение реакции в данном примере написать нельзя, так как неизвестно, какая часть общего количества электричества идет на восстановление воды, а какая – на восстановление ионов цинка.
Пример: Электролиз раствора сульфата меди (анод нерастворимый)
CuSO4 ↔ Cu2+ + SO42-
K (-) Cu2+ + 2ē = Cu0 2
А
(+)
2H2O
- 4ē = О2↑+
4H+
1
2Cu2+ +2H2O = 2Cu0+ О2↑+ 4H+
2CuSO4 + 2H2O = 2Cu0 + О2↑+2H2SO4
Пример: Электролиз раствора нитрата серебра (анод растворимый – из серебра)
AgNO3↔Ag+ + NO3-
K(-) Ag+ + ē = Ag 0
А(+)Ag 0 – ē = Ag+
Составить молекулярное уравнение электролиза раствора нитрата серебра с растворимым анодом невозможно. Это означает, что электролиз раствора нитрата серебра сводится к переносу серебра с анода на катод.