2 Сущность электролиза. Электролиз расплавов.

А) При прохождении электрического тока через расплавы или растворы электролитов (проводники 2 рода) на электродах протекают процессы превращения одних веществ в другие. При прохождении постоянного тока через расплав электролита катионы перемещаются к отрицательному электроду (катоду) и разряжаются на электроде, анионы перемещаются к положительному электроду (аноду) и разряжаются на электроде. В результате электролит разлагается, такой процесс назв. электролизом. Электролиз есть разложение химического соединения под действием электрического тока, сопровождающееся разрядом ионов. При электролизе следует различать два параллельных полупроцесса: на катоде происходит прием электронов ионами, т.е. их восстановление, на аноде происходит отдача электронов ионами, т.е. их восстановление, на аноде происходит отдача электронов ионами, т.е. окисление.

Пример: Электролиз расплава NaCI

NaCI → Na⁺ + CI^- (диссоциация)

На катоде (-) Na⁺ + е → Na^о (восстановление)

На аноде (+) CI^-– е → CI^о (окисление)

CI^о + CI^о → CI₂ (образование молекул - вторичный

процесс)

Общее уравнение: 2NaCI → 2Na + CI₂

Полупроцессы при электролизе называются анодное окисление и катодное восстановление.

3. Гальванический элемент .Эдс гальванических элементов.

Гальвани́ческий элеме́нт — химический источник электрического тока.  Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. ЭДС гальванического элемента зависит от материала электродов и состава электролита.

Электродвижущую силу любого гальванического элемента можно вычислить по разности стандартных потенциалов. При этом надо из более положительного потенциала вычитать менее положительный (так как электродвижущая сила - всегда положительная величина). Цепь гальванического элемента принято записывать так, чтобы отрицательный электрод (т.е. анод) располагался слева, а положительный (т.е. катод) – справа.

ЭДС концентрационных элементов невелика, и ток в цепи протекает только до момента выравнивания концентраций раствора в обоих полуэлементах.

Стандартной называется ЭДС элемента, если парциальные относительные давления исходных веществ и продуктов реакции равны единице или активности исходных веществ и продуктов реакций равны единице.

4 Принципиальные различия гальванического элемента и электролизёра.

Принципиальное отличие в действии гальванического элемента и электролизера заключается в том, что процессы, протекающие в них, имеют противоположные направления.

1). Гальванический элемент - это источник электрического тока, электролизер-потребитель электрического тока

2). В гальваническом элементе химическая энергия превращается в электрическую; образующиеся вещества менее энергоемки чем исходные.

В электролизере, наоборот, электрическая энергия превращается в химическую, Образующиеся вещества более энергоемки чем исходные. 3). В замкнутой гальванической цепи электрохимические процессы окисления и восстановления протекают самопроизвольно. В электролизере электрохимические процессы окисления и восстановления идут только под внешним воздействием электрического тока, т.е. самопроизвольно эти процессы не протекают.

4). В гальваническом элементе отрицательный электрод – анод, а положительный электрод – катод.

В электролизере, наоборот, отрицательный электрод - катод, а положительный электрод – анод.

Иметь в виду: 1). Как в гальваническом элементе так и в электролизере на отрицательном электроде создается избыток электронов, на положительном электроде.- недостаток электронов , т.е. обозначение «отрицательный» и «положительный” всегда относится к полюсам источника тока.

2). Термины “катод” и “анод” связаны только с направлением потока электронов через электроды, которые представляют собой материалы с электронной проводимостью и на поверхности которых происходит переход электрического тока от проводников 1 рода к проводнику 11 рода (электролиту).

Катод – это электрод, через который поток электронов входит в гальванический элемент или электролизер и на котором реагирующие частицы восстанавливаются из-за наличия избытка электронов.

Анод – это электрод, через который поток электронов выходит из гальванического элемента или электролизера и на котором реагирующие частицы окисляются вследствие недостатка электронов.

5 Электролиз в водном растворе.

При электролизе водных растворов электролитов в электродных полупроцессах может принимать участие, кроме электролита, вода. В результате электролитического разложения Н₂О на катоде образуется Н₂, а на аноде – О₂.

Поскольку Н₂О – слабый электролит, в ионных уравнениях положено записывать не ее ионы, а молекулы. Именно молекулы в основном участвуют в полупроцессах на электродах:

Восстановление на катоде: 2Н₂О + 2е → Н₂ + 2ОН^-

Окисление на аноде: 2Н₂О – 4е → О₂ + 4Н⁺

Окончательное суммарное уравнение электролиза Н₂О следует записать так: 2Н₂О 2Н₂ + О₂

При электролизе водных растворов электролитов в катодном восстановлении и анодном окислении в принципе могут участвовать ионы воды (Н⁺ и ОН^-) и ионы электролита. Одноимённые по знаку ионы воды и электролита конкурируют между собой и разряжаться будет тот катион (на катоде) и тот анион (на аноде), которому отвечает более низкое по значению напряжение разряда.

При электролизе растворов солей с инертным электродом используют следующие правила:

1.На аноде могут образовываться следующие продукты:

а) при электролизе растворов, содержащих ионы F^- и кислородсодержащих кислот (SO₄, NO₃, PO₄ ) выделяется кислород, т.е. происходит окисление воды;

б) при электролизе растворов солей, содержащих кислотные остатки бескислородных кислот (Cl^-, Br ^-, J^- и другие) происходит их окисление с выделением свободных галогенов и т.п;

в) при электролизе растворов, содержащих анионы органических кислот, происходит процесс:

2RCOO^- - 2е → R—R + 2CO₂

2.На катоде образуются следующие продукты:

а) при электролизе растворов солей, содержащих ионы металлов, расположенных в ряду напряжений левее Al³⁺, на катоде происходит восстановление воды с выделением водорода;

б) если катион металла расположен правее водорода, то на катоде происходит его восстановление с выделением металла;

в) при электролизе растворов солей, содержащих ионы металлов, расположенных в ряду напряжений между Al³⁺ и Н⁺, на катоде могут протекать конкурирующие процессы как восстановления катионов, так и выделения водорода, т.е. продуктами электролиза являются и водород, и металл.

Продумайте, как будет протекать процесс электролиза растворов следующих солей: CuSO₄, KCl, KNO₃, CuJ₂.