11 класс. Химия. Электролиз
11 класс. Химия. Электролиз
Комментарии преподавателя
Электролиз – это окислительно-восстановительная реакция, которая протекает под действием электрического тока на электродах, погруженных в раствор или расплав электролита.
Существует два типа электродов.
Анод – это электрод, на котором происходит окисление.
Катод – это электрод, на котором происходит восстановление. К аноду стремятся анионы, так как он имеет положительный заряд. К катоду стремятся катионы, потому что он заряжен отрицательно и, согласно законам физики, разноименные заряды притягиваются. В любом электрохимическом процессе присутствуют оба электрода. Прибор, в котором осуществляется электролиз, называется электролизер. Рис. 1.
Рис. 1
I. Процессы, происходящие при электролизе расплавов электролитов
В расплавах электролиты диссоциируют на ионы. Это термическая диссоциация электролитов. При пропускании электрического тока катионы восстанавливаются на катоде, так как принимают от него электроны. Анионы кислотного остатка и гидроксид-анионы окисляются на катоде, так как отдают ему свои электроны.
Пример №1. Электролиз расплава хлорида натрия
При термической диссоциации хлорида натрия образуются ионы натрия и хлора.
Na Cl → Na+ + Cl−
– на катоде выделяется натрий:
2 Na+ + 2 e− → 2 Na
– на аноде выделяется хлор:
2 Cl− − 2 e− → Cl2
– суммарное ионное уравнение реакции (уравнение катодного процесса помножили на 2)
2 Na+ + 2 Cl− → 2 Na0 + Cl02
– суммарная реакция:
2 NaCl 
2 Na + Cl2
Пример №2. Электролиз расплава гидроксида калия
При диссоциации гидроксида калия образуются ионы калия и гидроксид ионы.
КОН → К+ + ОН−
– на катоде выделяется калий:
К+ + 1 e− → К
– на аноде выделяется кислород и вода:
4ОН− − 4 e− → О2 + 2Н2О
– суммарное ионное уравнение реакции (уравнение катодного процесса помножили на 4)
4К+ + 4ОН− → 4 К0 + О2 + 2Н2О
– суммарная реакция:
4КОН 4 К0 + О2 + 2Н2О
Пример №3. Электролиз расплава сульфата натрия
При диссоциации расплава сульфата натрия образуются ионы натрия и сульфат-ионы.
Na2SO4 → 2Na+ + SО42−
– на катоде выделяется натрий:
Na+ + 1 e− → Na
– на аноде выделяется кислород и оксид серы (VI):
2SО42− − 4 e− → 2SО3 +О2
– суммарное ионное уравнение реакции (уравнение катодного процесса помножили на 4)
4 Na+ + 2SО42− → 4 Na 0 + 2SО3 +О2
– суммарная реакция:
4 Na2SO44 Na 0 + 2SО3 +О2
Закономерности электролиза расплавов электролита
1. При электролизе расплавов щелочей и солей на катоде осаждается металл.
2. Анионы бескислородных кислот окисляются на аноде, давая соответствующее соединение, например, хлорид-анионы образуют хлор.
3. Анионы кислородсодержащих кислот образуют соответствующий оксид и кислород.
II. Процессы, происходящие при электролизе растворов электролитов
При электролизе растворов электролитов, кроме интересующих нас соединений есть еще и вода, которая также может подвергаться электролизу. Поэтому, исходя из строения соединения, электролиз может протекать либо с ионами соли, либо с водой.
Процессы, происходящие на катоде
1. Катионы активных металлов, стоящие в ряду напряжений до алюминия, не разряжаются на катоде. См. рис. 2. В этом случае происходит только восстановление воды.
Рис. 2
2Н2О+2 e− → Н2 + 2ОН−
2. Катионы металлов, расположенных в ряду напряжений от алюминия до водорода, разряжаются в той или иной степени одновременно с молекулами воды. При этом одновременно происходят следующие процессы:
Men++ne- → Me
2Н2О+2 e− → Н2 + 2ОН−
3. При наличии в растворе катионов металлов, расположенных в ряду напряжений после водорода, на катоде, прежде всего, происходит восстановление катионов этих металлов. Men++ne- →Me
Процессы, происходящие на аноде
Различают два типа анодов: инертный и активный. Инертный анод – это анод, материал которого не окисляется в процессе электролиза (Pt). Активный анод – это анод, который окисляется в процессе электролиза. Например, графит.
Электролиз с инертным анодом
В анодном процессе могут принимать участие анионы некоторых бескислородных кислот Cl- ,Br- ,I-, S2-и гидроксид-ионы ОН -( разряжаются только эти анионы), например:
2Br- - 2е- →Br2; 4ОН− − 4 e− → О2 +2Н2О (в щелочной среде)
Если в растворе присутствуют анионы F-,SO2-4, NO-3, PO43-, CO32- и некоторые другие, то окислению подвергается только вода:
2Н2О - 4 e− → О2 + 4Н+(в нейтральной и кислой среде)
Электролиз с активным анодом
В случае с активным анодом, число конкурирующих окислительных процессов увеличивается до трех:
- Электрохимическое окисление материала анода
- Окисление воды с выделением кислорода
- Окисление анионов растворенного соединения
Написание таких процессов рассматривается в высшей школе.
Примеры написания уравнений электролиза
Приведем примеры электролиза раствора некоторых веществ.
Пример №1. Электролиз раствора хлорида натрия
При диссоциации хлорида натрия образуются ионы натрия и хлора.
Na Cl → Na+ + Cl−
– Катодный процесс:
2Н2О+2 e− → Н2 + 2ОН−
– Анодный процесс:
2 Cl− − 2 e− → Cl2
– суммарное ионное уравнение реакции
2Н2О + 2 Cl− → Н2 + 2ОН−+ Cl02
– суммарная реакция:
2Н2О +2 NaCl 2NaОН + Cl2↑ + Н2↑
По этой реакции получается гидроксид натрия и хлор.
Пример №2. Электролиз раствора сульфата меди (II).
– на катоде выделяется медь:
Сu2+ + 2 e− → Cu0
– на аноде выделяется кислород
2Н2О - 4 e− → О2 + 4Н+
– суммарное ионное уравнение реакции (уравнение катодного процесса помножили на 2)
2Сu2+ + 2Н2О → 2 Cu0+ О2 + 4Н+
– суммарная реакция:
2CuSO4 + 2Н2О 2Cu 0+О2+ 2H2SO4
Пример №3. Электролиз раствора нитрата калия
При диссоциации нитрата калия образуются ионы калия и нитрат-ионы.
КNO3 → К+ + NО3−
– Катодный процесс:
2Н2О+2 e− → Н2 + 2ОН−
– Анодный процесс:
2Н2О - 4 e− → О2 + 4Н+
– суммарное ионное уравнение реакции (уравнение катодного процесса помножили на 2)
2Н2О О2 ↑+2Н2↑
Это один из способов получения водорода.
Электролиз находит применение во многих отраслях промышленности: химической, металлургии, для изготовления деталей требуемой формы, для электрохимического покрытия металлов.
Источники
http://www.youtube.com/watch?t=4&v=-ROZ0KU5ncM
http://www.youtube.com/watch?t=2&v=LtuAF1BL97U
конспект http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/11-klass
источник презентации - http://ppt4web.ru/khimija/ehlektroliz5.html
заставка http://www.youtube.com/watch?t=63&v=EVEIC4Z6xuQ