chemistry / chemistry1 / ХимиЯ / 284-285

'li

Задачи для самоконтроля

9.16. Токсичные ионы свинца можно удалить из сточных вод катодным восста­ новлением

РЬ¹* + 2е -> РЬ

Рассчитайте максимальную скорость выделения свинца на катоде (предельную плотность тока) из раствора, содержащего 2,07 г/л РЬ²⁺, принимая коэффициент диффузии ионов РЬ²⁺ равным 10"⁹ м²/с и толщину диффузионного слоя 10"⁴ м. Оп­ределите концентрационную поляризацию при 298 К и плотности тока 9 А/м². Определите массу свинца, который выделится на катоде площадью 0,5 м² при этой плотности тока за 10 ч.

9.17. Определите ток, идущий на выделение водорода на платине и свинце пло­ щадью по 1 м² из щелочных растворов при поляризации электродов 0,5 В, учитывая константы (см. табл. 9.1). Определите объем выделившегося водорода за 1 час на этих электродах при нормальных условиях.

§ 9.6. ЭЛЕКТРОЛИЗ

Общие понятия. Электролизом называют процессы, происходящие на электродах под действием электрического тока, подаваемого от внешнего источника. При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую. Ячейка для электролиза, на­зываемая электролизером, состоит из двух электродов и электролита. Электрод, на котором идет реакция восстановления (катод), у электролизера подключен к отрицательному полюсу внешнего источника тока. Электрод, на котором протекает реакция окисления (а н о д), подключен к положительному полюсу источ­ника тока.

Рассмотрим электродные реакции на примере электролиза рас­плава хлорида натрия*. При плавлении происходит термохимиче­ская диссоциация соли:

NaCl -> Na⁺ + СГ

Если погрузить в расплавленную соль два нерастворимых элек­трода и подключить их к полюсам внешнего источника тока, то в электролите начнется направленное движение ионов и на электро­дах будут протекать следующие реакции:

а) восстановление ионов Na⁺ до металлического натрия (катод­ный процесс) на отрицательном электроде, т.е. электроде, на кото­рый поступают электроны от внешнего источника тока:

*Для снижения температуры плавления электролита и растворимости натрия в электролит вводят хлорид кальция или хлорид калия и фторид натрия.

284

Na⁺ + e -> Na

б) окисление хлорид-ионов СГ до газообразного хлора (анод-* ный процесс) на положительном электроде, с которого электроны идут ^во внешнюю цепь:

Суммарная реакция

NaCl -> Na + '/₂С1₂

Электролиз подчиняется законам Фарадея и уравнениям кине­тики электродных процессов. При прохождении тока изменяются потенциалы электродов электролизера, т.е. возникает электродная поляризация. Вследствие катодной поляризации потенциал катода становится более отрицательным, а из-за анодной поляризации по­тенциал анода становится более положительным (рис. 9.10). Поэто­му разность потенциалов электродов при прохождении тока Ei = E_ia — Еь при электролизе больше, чем разность равновесных потенциалов электродов Е, = Ер.₃ — Ер,_к.

Напряжение электролизера слагается из разности равновесных потенциалов Еу (ЭДС), поляризации анода и катода АЕ и падения напряжения в проводниках 1-го и 2-го рода 1{г\ + г₂):

(П + гХ (9.21)

где АЕ=АЕ_К + АЕ_Л.

9.10. Поляризация

Таким образом, напряжение электро­лизера с увеличением тока возрастает вследствие поляризации и сопротивле­ния проводников и электролита. Увели­чение напряжения по сравнению с ЭДС приводит к перерасходу электрической энергии по сравнению с энергией, рас­считанной по уравнениям химической термодинамики. Из уравнения (9.21) следует, что напряжение может быть снижено уменьшением сопротивления электродов и электролита, а также поля­ризации электродов. Внутреннее сопро­тивление электролизера можно снизить „

Применением Электролита С ВЫСОКОЙ анода (I) и катода (2) при

Удельной электрической проводимостью, электролизе

285

г И С.