Таблицы
.pdf31
14.4. Электролиз
Электролизом называется процесс разложения вещества электрическим током. Сущность электролиза заключается в том, что при пропускании тока через раствор электролита (или расплавленный электролит) положительно заряженные ионы перемещаются к катоду, а отрицательно заряженные – к аноду. Достигнув электродов, ионы разряжаются, в результате чего у электродов выделяются составные части растворенного электролита или водород и кислород из воды.
∙Для перевода различных ионов в нейтральные атомы или группы атомов требуется различное напряжение электрического тока. Одни ионы легче теряют свои заряды, другие труднее. Степень легкости, с которой разряжаются (присоединяют электроны) ионы металлов, определяется положением металлов в ряду напряжений. Чем левее стоит металл в ряду напряжений, чем больше его отрицательный потенциал (или меньше положительный потенциал), тем труднее при прочих равных условиях разряжаются его ионы (легче всего разряжаются ионы Аu3+, Ag+; труднее всего Li+, Rb+, K+).
∙Если в растворе одновременно находятся ионы нескольких металлов, то в первую очередь разряжаются ионы того металла, у которого отрицательный потенциал меньше (или положительный – больше). Например, из раствора, содержащего ионы Zn2+ и Cu2+, сперва выделяется металлическая медь. Но величина потенциала металла зависит также и от концентрации его ионов в растворе; точно также изменяется и легкость разряда ионов каждого металла в зависимости от их концентрации: увеличение концентрации облегчает разряд ионов, уменьшение – затрудняет. Поэтому при электролизе раствора, содержащего ионы нескольких металлов может случиться, что выделение более активного металла будет происходить раньше, чем выделение менее активного (если концентрация ионов первого металла значительна, а второго – очень мала).
∙В водных растворах солей, кроме ионов соли, всегда имеются еще и ионы воды (Н+ и ОН-). Из них ионы водорода будут разряжаться легче, чем ионы всех металлов, предшествующих водороду в ряду напряжений. Однако ввиду ничтожной концентрации водородных ионов при электролизе всех солей, кроме солей наиболее активных металлов, у катода происходит выделение металла, а не водорода. Только при электролизе солей натрия, кальция и других металлов до алюминия включительно разряжаются ионы водорода, и выделяется водород.
∙У анода могут разряжаться или ионы кислотных остатков или гидроксильные ионы воды. Если ионы кислотных остатков не содержат кислорода (Cl-, S2-, CN- и др.), то обычно разряжаются именно эти ионы, а не гидроксильные, которые теряют свой заряд значительно труднее, и у анода выделяются Cl2, S и т.д. Наоборот, если электролизу подвергается соль кислородсодержащей кислоты или сама кислота, то разряжаются гидроксильные ионы, а не ионы кислородных остатков. Образующиеся при разряде гидроксильных ионов нейтральные группы ОН тотчас же раз-
лагаются по уравнению:
4OH- → 2H2O + O2
В результате у анода выделяется кислород.
32
Законы электролиза (М. Фарадей, 1834 г.)
1.Весовое количество выделяемого при электролизе вещества пропорционально количеству протекшего через раствор электричества и практически не зависит от других факторов.
2.Равные количества электричества выделяют при электролизе из различных химических соединений эквивалентные количества веществ.
3.Для выделения из раствора электролита одного грамм-эквивалента любого вещества нужно пропустить через раствор 96500 кулонов электричества.
m( x) = I ×τ × Mr ( x) = I ×τ × Э(x) , F n F
где m(x) - количество восстановленного или окисленного вещества (г); I - сила пропускаемого тока (А);
t - время электролиза (с); Mr(x) - молярная масса;
n - число приобретенных или отданных в окислительно-восстановительных реакциях электронов;
F - постоянная Фарадея (≈96500 Кл/моль).
Из уравнения, в частности, следует, что число Фарадея соответствует заряду 1 моля электронов.
1 моль электронов --- 96500 Кл
|
33 |
|
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1. |
КЛАССИФИКАЦИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ........................................... |
3 |
2. |
ХИМИЧЕСКАЯ НОМЕНКЛАТУРА................................................................................ |
4 |
3. |
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ ................................................................................... |
5 |
|
3.1. Закон эквивалентов.............................................................................................. |
5 |
|
3.2. Количество вещества = количество атомов или молекул ................................... |
5 |
|
3.3. Закон Дюлонга-Пти .............................................................................................. |
5 |
|
3.4. Газовые законы.................................................................................................... |
6 |
|
3.5. Решение задач с использованием газовых законов ............................................ |
7 |
4. |
РАСЧЕТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ.. 8 |
|
5. |
СТРОЕНИЕ АТОМА .................................................................................................... |
9 |
|
5.1. Этапы создания современной модели строения атома ...................................... |
9 |
|
5.2. Электронная конфигурация ............................................................................... |
10 |
|
5.3. Изучение электронного строения атома с привлечением данных спектроскопии |
|
|
.................................................................................................................................. |
10 |
|
5.4. Взаимосвязь электронного строения атома его и химических свойств ............. |
11 |
|
5.5. Периодические изменения свойств атомов ....................................................... |
12 |
6. |
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ .............................................................................................. |
12 |
|
6.1. Природа химической связи ................................................................................ |
12 |
|
6.2. Описание процесса образования химической связи с точки зрения метода |
|
|
молекулярных орбиталей (МО) ................................................................................ |
13 |
|
6.3. Определение геометрического строения молекул ............................................ |
14 |
7. |
ТЕРМОДИНАМИКА ................................................................................................... |
15 |
8. |
ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА........................................................................................ |
17 |
|
8.1. Теория соударений ............................................................................................ |
17 |
|
8.2. Связь теории с факторами, влияющими на скорость реакции .......................... |
17 |
|
8.3. Связь теории с уравнением скорости химической реакции............................... |
19 |
9. |
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ.................................................................................. |
19 |
10. СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ....................................................................................... |
20 |
|
|
10.1. Модель идеальных растворов (коллигативные свойства)............................... |
20 |
|
10.2. Осмотическое давление................................................................................... |
21 |
11. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ ......................................... |
21 |
|
|
11.1. Степень окисления........................................................................................... |
21 |
34
11.2. Составление уравнения окислительно-восстановительной реакции методом
полуреакций (для водных растворов)....................................................................... |
21 |
|
11.3.Сопряженные окислительно-восстановительные пары. .................................. |
22 |
|
12. |
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ.............................................................. |
22 |
12.1. Степень диссоциации....................................................................................... |
22 |
|
12.2. Расчет равновесных концентраций в растворе слабого электролита............. |
23 |
|
12.3. Гидролиз........................................................................................................... |
24 |
|
12.4. Произведение растворимости.......................................................................... |
25 |
|
13. |
КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ............................................................................ |
25 |
14. |
ЭЛЕКТРОХИМИЯ .................................................................................................... |
28 |
14.1. Процессы на поверхности электрода .............................................................. |
28 |
|
14.2. Гальванический элемент.................................................................................. |
30 |
|
14.3. Направление протекания окислительно-восстановительной реакции ............ |
30 |
|
14.4. Электролиз ....................................................................................................... |
31 |
|
Редактор: З.А.Кунашева
Подписано в печать ___.___.2005 г. Формат 60×841/16. Печать офсетная. Бумага офсетная №1. Печ. л. ___. Тираж 100 экз. Заказ № ____.
_______________________________________________________________________
ГОУ ВПО "Кемеровский государственный университет". 650043 г. Кемерово, ул. Красная, 6.
Отпечатано в типографии издательства "Кузбассвузиздат" 650043 г. Кемерово, ул. Ермака, 7.