Презентация, доклад по химии: Электролиз 11 класс

или расплав электролита постоянного электрического тока
Электрод – система, состоящая из проводника I рода и проводника II рода
Катод - восстановление
Анод - окисление

+

-

Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+, NH4+
Металлы не восстанавливаются, а восстанавливаются молекулы H2O:
2H2O + 2ē = H2↑ + 2OH–

Ni2+, Sn2+, Pb2+
Катионы металлов восстанавливаются совместно с молекулами воды:
Men++ nē = Meo
2H2O + 2ē = H2↑+ 2OH–

электролизе растворов кислот:
2H++ 2ē = H2↑

только катионы металлов:
Men++nē = Meo

остатки
Am– – mē = Ao

2) Анионы OH–
Окисляются только при электролизе растворов щёлочей
4OH– – 4ē = O2↑+ 2H2O

воды:
2H2O – 4ē =O2↑+ 4H+

4) Анионы F–
Окисляются только молекулы воды
2H2O – 4ē = O2↑ + 4H+

Fe и др. металлы. Анионы не окисляются. Окисляется сам анод:
Мео – nē = Men+
Катионы Men+ переходят в раствор. Масса анода уменьшается.

кристаллической решетки на ионы. При этом образуются катионы натрия и анионы хлора:
NaCI -> Na+ + CI-

Опустим в расплав электроды постоянного электрического тока.
Направляясь к катоду, катион натрия получает с него один электрон, т.е. происходит восстановление:
Na+ + ē -> Na0
Катод, на котором имеется постоянный избыток электронов, является восстановителем.
К аноду направляется анион хлора. Поскольку на аноде постоянный недостаток электронов, ион хлора отдает электрон, превращаясь в нейтральный атом, т.е. окисляется:
Cl- - ē -> Cl0
Анод, на котором постоянный недостаток электронов, является окислителем.
2NaCl -> 2 Na + Cl2

ЭЛЕКТРОЛИЗ – окислительно-восстановительный процесс, протекающий под действием электрического тока.

= Ko │х 4
(+) Анод: 4OH– – 4ē = O2↑+ 2H2O │х 1
4K++ 4OH– = O2↑ + 2H2O↑+ 4K
4KOH → 4K + O2↑ + 2H2O↑

электрического тока через раствор или расплав электролита.

На катоде(-) -восстановление

На аноде(+) -окисление

Li+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+, Zn2+, Cr3+, Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Hg2+, Ag+, Pt4+, Au3+.

Для солей неактивных металлов и бескислородных кислот(CuCl2) электролиз раствора и расплава соли одинаков.

Увеличение окислительной активности ионов

F-, NO3-, SO42-, OH-, Cl-, Br-, I-, S2-

Увеличение восстановительной активности ионов

так как в нем принимает участие вода.
В растворе, помимо диссоциации соли, происходит весьма слабая диссоциация воды.
NaCI -> Na+ + CI-
H2O -> H+ + OH-
Таким образом, в растворе образуется два вида катионов (Na+ и H+) и два вида анионов (CI- и OH-).
В ряду напряжений металлов натрий стоит намного левее водорода. Следовательно, восстановительные свойства атома натрия сильнее, чем атома водорода. Зато окислительные свойства иона Na+ выражены слабее, чем иона H+ , следовательно, на катоде будет восстанавливаться не металлический натрий, а водород:
2H2O + 2ē -> H2 + 2OH-
Ионы натрия будут находиться в растворе до тех пор, пока полностью не разрядятся ионы водорода.
К аноду направятся анионы CI- и OH-, восстановительные свойства которых также неодинаковы (см. ряд анионов, расположенных в порядке увеличения способности к окислению). Анионы CI- окисляются легче, чем OH-, поэтому на аноде будет происходить процесс:
CI- - ē → CI0

CI- и OH-, восстановительные свойства которых также неодинаковы (см. ряд анионов, расположенных в порядке увеличения способности к окислению). Анионы CI- окисляются легче, чем OH-, поэтому на аноде будет происходить процесс:
CI- - ē CI0, 2CI0 CI2
В большинстве случаев анионы, состоящие из атомов одного элемента, такие, как CI-, Br-, I-, S2-, окисляются на аноде быстрее, чем гидроксид-ион.
При электролизе раствора поваренной соли на электродах получаются водород и хлор, а в растворе остаются ионы Na+ и OH-. Эти ионы представляют собой в диссоциированном виде едкий натр NaOH.Таким способом в промышленности получают едкие щелочи.
2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH

H2O
Cu2+ + 2e- → Cu0 (восстановление)
Анод: Cl-, H2O
2Cl- - 2e- → Cl20 (окисление)
Cu2+ + 2Cl- → Cu0 + Cl2↑
2CuCl2 → Cu0 + Cl2↑ (электролиз)

эл.ток

эл.ток

2Cl- Анод(+)
восстановление: окисление:
Cu2+ +2е- = Сu0 2Cl- - 2е- = Cl2↑

Суммарно: CuCl2 Сu + Cl2

Вывод: электролиз раствора данной соли принципиально не отличается от электролиза ее расплава.

электр. ток

+ SO42- Анод(+)
восстановление окисление
ионов меди: H2SO4 молекул воды:
Cu2+ + 2е- = Сu0 2H2O – 4e- = O2↑ + 4H+

Для подбора коэффициентов используем метод электронно-ионного баланса:
К(-) Cu2+ + 2е- = Сu0 2
А(+) 2H2O – 4e- = O2↑ + 4H+ 1

Суммарно: 2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2↑ + 2H2SO4

электр. ток

Анод(+)
восстановление окисление
молекул воды молекул воды
2H2O + 2e- = Н2↑ + 2ОН- 2H2O – 4e- = O2↑ + 4H+
щелочная среда кислая среда

Суммарно: 2H2O 2H2↑ + O2↑
Вывод: электролиз данной соли сводится к разложению воды; соль необходима для увеличения электропроводности, так как чистая вода является очень слабым электролитом.

электр. ток

следующем порядке:
I-, Br-, S2-, Cl-, OH-, SO42-, NO3-, F-

Восстановительная активность уменьшается

I- Анод(+)
Восстановление KOH окисление анионов
молекул воды: иода:
2H2O + 2e- = Н2↑ + 2ОН- I- - e- = I0 ; 2I = I2
Для подбора коэффициентов используем метод электронно-ионного баланса:
К(-) 2H2O + 2e- = Н2↑ + 2ОН- 1
А(+) 2I- - 2e- = I20 ; 1
Суммарно: 2KI + 2H2O Н2↑ + I2 + 2KOH

электр. ток

Катод: Ag+ + 1ē = Ago
(+) Анод: Ago – 1ē = Ag+
Ago + Ag+ = Ag+ + Ago
Электролиз сводится к переносу серебра с анода на катод.

очень слабого электролита - воды):

В зависимости от инертного электролита электролиз проводится в нейтральной, кислотной или щелочной среде. При выборе инертного электролита необходимо учесть, что никогда не восстанавливаются на катоде в водном растворе катионы металлов, являющихся типичными восстановителями (например Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+) и никогда не окисляется на аноде кислород O−II анионов оксокислот с элементом в высшей степени окисления (например ClO4−, SO42−, NO3−, PO43−, CO32−, SiO44−, MnO4−), вместо них окисляется вода

Примеры электролиза растворов солей:

на аноде окисляются анионы Сl, а не кислород O молекул воды, так как электроотрицательность хлора меньше, чем кислорода, и следовательно, хлор отдает электроны легче, чем кислород

на катоде восстанавливаются катионы Cu, а не водород H молекул воды, так как медь стоит правее водорода в ряду напряжений, то есть легче принимает электроны, чем H в воде

аноде) выделяются соответствующие продукты восстановления и окисления, которые в зависимости от условий могут вступать в реакции с растворителем, материалом электрода и т.п., так называемые вторичные процессы

Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод, а к положительному полюсу - анод, после чего погружают их в электролизер с раствором или расплавом электролита

потенциалом, больше, чем у водорода, расположены в ряду стандартных электродных потенциалов после него: Cu2+;Zn2+;Cr3+;Fe2+;…; до Pt4+. При электролизе они почти полностью восстанавливаются на катоде и выделяются в виде металла.
Катионы металлов с малой величиной стандартного электродного потенциала (металлы начала ряда Li+;Na+;K+;Rb+;…; до Al3+ включительно). При электролизе на катоде они не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды.
Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом меньшим, чем у водорода, но большим, чем у алюминия (Mn2+;Zn2+;Cr3+;Fe2+;…; до H). При электролизе эти катионы, характеризующиеся средними значениями электроноакцепторной способности, на катоде восстанавливаются одновременно с молекулами воды.
При электролизе кислородосодержащих кислот и их солей (SO4 2- ; NO3-;PO43- и т.п.) с максимальной степенью окисления неметалла на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды с выделением кислорода.

Сущность электролиза

Раствор
NaCl
Катод(-) <- Na+ + Cl- -> Анод(+)
H20

Расплав
NaCl
Катод(-) <- Na+ + Cl- -> Анод(+)

Na+ + e => Na0

2Cl- => Cl20 + 2e

Восстановление Окисление

H20 + 2e => H2++

2Na+
2OH-

2Cl- => Cl20 + 2e

Восстановление Окисление

Основные положения электродных процессов

1. На катоде:

Li, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+

Zn2+, Cr3+, Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+

Cu2+, Ag+, Hg2+, Pt2+, Au3+

H+

Не восстанавливаются, выделяется H2

Возможно выделение Me и H2

Восстанавливаются, выделяется Me

2. Анодные процессы

а) Растворимый анод (Cu, Ag, Ni, Cd) подвергается окислению Me =>Men+ +ne

б) На нерастворимом аноде (графит, платина) обычно окисляются анионы S2-, J-, Br-, Cl-, OH- и молекулы H20:

2J- =>J20 + 2e; 4OH- =>O2 +2H2O +4e; 2H2O =>O2 +4H+ +4e

и др.) электролизом расплавов природных соединений; б) получение металлов средней активности (Zn, Cd, Co) электролизом растворов их солей.
В химической промышленности – получение газов: F2, Cl2, H2, O2; щелочей: NaOH, KOH; пероксида водородаH2O2, тяжелой воды D2O и др.
Электролитическое рафинирование – очистка металлов (Cu, Pb, Sn и др.) от примесей электролизом с применением активных (растворимых) анодов.
Гальваностегия – нанесение металлических покрытий на поверхность металлического изделия для защиты от коррозии или придания декоративного вида. Например, оцинковка, хромирование, никелирование и пр.
Гальванопластика – получение металлических копий с различных матриц, а также покрытие неметаллических предметов слоем металлов. Последний процесс (золочение деревянных статуй и ваз) был известен еще в Древнем Египте, но научные основы гальванопластики были заложены русским ученым Б. Якоби в 1838 г.

медь, которая является анодом, растворяется, т. е. переходит в раствор соли меди в виде ионов. Энергия электрического тока расходуется на перенос этих ионов к катоду, их восстановление и осаждение чистой меди (степень чистоты – 99,95%). Примеси (Ag, Au и другие благородные металлы), которые имеют больший стандартный электродный потенциал, не окисляются, а выпадают в осадок на дне ванны, тем самым окупая расходы на проведение рафинирования меди. Данный процесс – одно их старейших электрохимических производств. Впервые этот метод был применен в России в 1847 г.

электрод, на котором происходит процесс восстановления.
Анод – электрод, на котором происходит процесс окисления.
Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, обусловленный подводом электрической энергии извне.

Аспицкая. К изучению электролиза в курсе химии, Химия в школе, «Педагогика»,1991
Г.М. Чернобельская, И.Н. Чертков Химия, «Учебная литература для медицинских училищ». М.: Медицина, 1986г.
http://scientificpage.net/elektroliz/
http://www.chemport.ru/electrolysis.shtml
http://scientificpage.net/elektroliz/index2.html

Источники информации: