Законы электролиза Фарадея.

Электролиз.

План лекции:

1. Процессы протекающие на электродах.

2. Электролиз расплавов.

1. Электролиз водных растворов электролитов.

1. Процессы протекающие на электродах.

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

Электрохимический ряд напряжений металлов – последовательность металлов, расположенных в порядке возрастания стандартных потенциалов.

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов:

1. Чем левее расположен металл в ряду напряжений, тем сильнее его восстановительная способность и тем слабее окислительная способность его иона в растворе.

2. Каждый металл способен вытеснять из растворов солей те металлы, которые стоят в ряду напряжений правее него.

3. Металлы, находящиеся в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот.

Катодные процессы	Анодные процессы
Катод – отрицательный электрод. На катоде происходит восстановление ионов металла и водорода.	Анод – положительный электрод. На аноде происходит окисление анионов или растворение материала анода.
1. Если металл стоит в ряду напряжений левее алюминия (включительно), то на катоде восстанавливаются ионы водорода: 2Н^+ + 2е = Н2­ 2Н2О + 2е = Н2­+2ОН^- 2. Если металл стоит в ряду напряжений правее алюминия, но левее водорода, то на катоде происходить одновременно две реакции: Cr^3+ + 3e = Cr 2Н^+ + 2е = Н2­   Cr^3+ + 3e = Cr 2Н2О + 2е = Н2­+2ОН^- 3. Если металл стоит в ряду напряжений правее водорода, то на катоде восстанавливаются ионы металла: Cu^2+ + 2е = Cu	I. На растворимом аноде (медь, никель) происходит окисление материала анода, и металл переходит в раствор в виде ионов: Cu - 2е = Cu^2+   II. На инертном (нерастворимом) аноде возможны два процесса:   1. Если ионы кислотного остатка не содержат атомов кислорода, то окисляются именно они: 2Cl^- - 2e = Cl2­ 2. Если ионы кислотного остатка содержат атомы кислорода (SO4^2-; NO3^-; CO3^2-; PO4^3-), то окисляются ионы ОН^-: 4ОН^- - 4е = О2­ + 2Н2О 2Н2О – 4е = 4Н^++ O2­

Постоянная Фарадея F- заряд одного моля электронов: F = 96500 Кл/моль.

Законы электролиза Фарадея.

Первый закон Фарадея: Масса вещества, образующегося на электродах, прямо пропорциональна количеству пропущенного электричества.

Второй закон Фарадея: Для разряда одного моля ионов на электроде необходимо пропустить через электролит количество электричества, равное заряду иона, умноженному на постоянную Фарадея F.

Объединенная формула первого и второго законов Фарадея:

m = M^.I^.t/(nF), где

m – масса вещества, выделившегося на электроде, M – его молярная масса, I – сила тока (А),

t – время электролиза, n – число электронов участвующее в электродном процессе,

F- постоянная Фарадея.

2. Электролиз расплавов.

1. Электролиз расплава гидроксида калия: КОНÛ К^++ ОН^-   (-)К: К^+ + 1е = К 4 (+)А: 4ОН^- - 4е = О2­ + 2Н2О 1   4К^+ + 4е + 4ОН^- - 4е = 4К + О2­ + 2Н2О 4КОН ^ток® 4К + О2­ + 2Н2О

2. Электролиз расплава сульфата натрия: Na2SO4 Û 2Na^+ + SO4^2-   (-)К: Na^+ + 1e = Na 4 (+)А: 2SO4^2- - 4e = 2SO2­ + O2­ 1   4Na^+ + 2SO4^2- = 4Na +2SO2­+ O2­ 2Na2SO4 ^ток® 4Na + 2SO2­+ O2­

1. Электролиз водных растворов электролитов.

Катионы металлов от Li^+ до Al^3+ (включительно)
Анионы бескислородных кислот	Анионы кислородсодержащих кислот
Электролиз раствора хлорида магния: MgCl2 Û Mg^2+ +2Cl^-   (-)К: 2Н2О + 2е = Н2­ + 2ОН^- 1 (+)А: 2Cl^- - 2e = Cl2­ 1   2Н2О + 2е + 2Cl^- - 2e = Н2­ + 2ОН^- + Cl2­ MgCl2 + 2Н2О ^ток® Н2­ + Cl2­ + Mg(ОН)2	Электролиз раствора сульфата калия: К2SO4 Û 2К^+ + SO4^2-   (-)К: 2Н2О + 2е = Н2­ + 2ОН^- 2 (+)А: 2Н2О - 4е = 4Н^++ O2­ 1   4Н2О + 4е + 2Н2О - 4е® 2Н2­ + 4ОН^- + 4Н^++ O2­ 2Н2О ^ток® 2Н2­ + O2­
Катионы металлов от Al^3+ до Н+
Анионы бескислородных кислот	Анионы кислородсодержащих кислот
Электролиз раствора хлорида железа: FeCl2 Û Fe^2+ +2Cl^-   (-)К: Fe^2+ + 2е = Fe 1 2Н2О + 2е = Н2­+2ОН^- 1 (+)А: 2Cl^- - 2e = Cl2­ 2   Fe^2++2е+2Н2О+2е+2Cl^--4e = Fe+Cl2­+Н2­+2ОН^- 2FeCl2 + 2Н2О = Fe + 2Cl2­ + Н2­ + Fe(ОН)2	Электролиз раствора сульфата железа: FeSO4 Û Fe^2+ + SO4^2-   (-)К: Fe^2+ + 2е = Fe 1 2Н2О + 2е = Н2­+2ОН^- 1 (+)А: 2Н2О - 4е = 4Н^++ O2­ 1   Fe^2++2е+2Н2О+2е+2Н2О-4e=Fe+Н2+2ОН^-+4Н^++O2 FeSO4 + 2Н2О = Fe + Н2­ + Н2SO4 + O2­
Катионы металлов от Сu^2+ до Au^3+
Анионы бескислородных кислот	Анионы кислородсодержащих кислот
Электролиз раствора хлорида меди: CuCl2 Û Cu^2+ +2Cl^-   (-)К: Cu^2+ + 2е = Cu 1 (+)А: 2Cl^- - 2e = Cl2­ 1   Cu^2+ + 2е + 2Cl^- - 2e = Cu + Cl2­ CuCl2 ^ток® Cu + Cl2­	Электролиз раствора сульфата меди: CuSO4 Û Cu^2+ + SO4^2-   (-)К: Cu^2+ + 2е = Cu 2 (+)А: 2Н2О - 4е = 4Н^++ O2­ 1   2Cu^2+ + 4е + 2Н2О - 4e = 2Cu + 4Н^++ O2­ 2CuSO4 + 2Н2О^ток® 2Cu + О2­ + 2Н2SO4

Дата добавления: 2015-12-08