Составление схем электролиза расплавов и растворов солей.

Цель работы: научиться составлять схемы электролиза расплавов и растворов солей и определять продукты электролиза.

 

Пояснения к работе:

Электролиз

– это совокупность окислительно-восстановительных реакций, протекающих на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

В растворах и расплавах электролитов вещества диссоциируют на ионы (катионы и анионы). Ионы находятся в хаотическом движении. Если в такой раствор или расплав, например, в расплав хлорида натрия (NaCl), погрузить инертные (графитовые) электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться к электродам:

 

катионы Na⁺ – к катоду, анионы Cl^-– к аноду

Ионы Na⁺, достигнув катода, принимают от него электроны и восстанавливаются:

Na⁺ + е^- = Na

А хлорид-ионы, отдав электроны аноду, окисляются:

2Cl^- - 2е^- = Cl₂

В итоге на катоде выделяется металлический натрий, анна аноде молекулярный хлор. Суммарное уравнение электролиза хлорида натрия:

эл. ток

2NaCl → 2 Na + Cl₂

 

Эта реакция является окислительно-восстановительной: на аноде протекает процесс окисления, на катоде – процесс восстановления.

Сущность электролиза состоит в осуществлении за счет электрической энергии химических реакций – восстановления на катоде и окисления на аноде. При этом катод отдает электроны катионам (является восстановителем). Анод принимает электроны от анионов (является окислителем).

 

Электролиз водных растворов электролитов.

При электролизе растворов в окислительно-восстановительных процессах на электродах могут участвовать молекулы воды. На каждом электроде в растворе может протекать одновременно несколько процессов. Для определения наиболее вероятного из процессов исходят из положения., что протекает та реакция, которая требует наименьших затрат энергии.

При электролизе растворов солей с инертными электродами используют следующие правила.

 

Определение продуктов на катоде

 

Для определения продуктов на катоде используют

электрохимический ряд напряжений металлов

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H₂ Cu Hg Ag Pd Pt Au

Ряд напряжений характеризует окислительно-восстановительные свойства металлов. Восстановительная способность простых веществ – металлов в этом ряду уменьшается слева направо, а окислительная способность соответствующих катионов в водном растворе слева направо увеличивается. Соответственно лучшими окислителями являются катионы металлов, стоящих слева от водорода. При восстановлении на катоде в водном растворе им нет “конкурентов”. Для катионов остальных металлов конкурирующим процессом будет восстановление молекул растворителя – воды:

2Н₂О + 2е^- = Н₂ + 2ОН^-

C учетом этого процесса ряд напряжений можно условно разделить на три участка:

 

Li K Ba Ca Na Mg AlMn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H₂ Cu Hg Ag Pd Pt Au

I II III

Meⁿ⁺ Meⁿ⁺ Meⁿ⁺

H₂O H₂O H₂O

I участок

Катионы металлов I участка в водных растворах не восстанавливаются на катоде, восстанавливаются только молекулы воды.

II участок

В водных растворах на катоде идут одновременно два процесса – восстановление катионов металла и восстановление молекул воды.

III участок

Восстанавливаются только катионы металлов.

 

Определение продуктов на аноде

Для определения продуктов на аноде можно использовать ряд анионов

S^2- I^- Br^- Cl^- OH^- F^- SO₄^2- NO₃^- CO₃^2- PO₄^3-

I II

An^n- An^n-

H₂O H₂O

I участок

Анионы I участка окисляются на аноде, молекулы воды – нет.

II участок

Анионы II участка не окисляются на аноде, молекулы воды – окисляются:

2Н₂О – 4е^- = О₂ + 4Н⁺

Для более точного определения продуктов на электродах пользуются таблицей стандартных электродных потенциалов.

 

Вопросы для самопроверки

1. Какие реакции называют окислительно-восстановительными?

2. Что такое степень окисления?

3. Какие вещества называю окислителями, какие – восстановителями? Приведите примеры.

4. Как изменяются окислительно-восстановительные свойства элементов в периодической системе элементов Д.И. Менделеева?

5. В чем состоит сущность электролиза?

 

 

Работа на занятии:

 

ВАРИАНТ №1

Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при проведении электролиза расплавов и водных растворов фторида натрия и хлорида калия на графитовых электродах.

 

ВАРИАНТ №2

Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при проведении электролиза расплавов и водных растворов бромида цезия и хлорида рубидия на графитовых электродах.

 

ВАРИАНТ №3

Напишите электронные уравнения электродных процессов для электролиза расплавов хлоридов кальция и стронция на графитовых электродах и электролиза водного раствора хлорида радия на платиновых электродах.

ВАРИАНТ №4

Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при проведении электролиза расплавов и водных растворов бромида натрия и хлорида лития на графитовых электродах.

 

ВАРИАНТ №5

Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при проведении электролиза расплавов и водных растворов фторида калия и хлорида рубидия на графитовых электродах.

 

 

ВАРИАНТ №6

Напишите электронные уравнения электродных процессов для электролиза расплавов хлоридов кальция и стронция на графитовых электродах и электролиза водных растворов нитрата серебра и сульфата меди на платиновых электродах.

 

ВАРИАНТ №7

Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при проведении электролиза расплавов и водных растворов фторида натрия и хлорида калия на графитовых электродах.

 

ВАРИАНТ №8

Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при проведении электролиза расплавов и водных растворов бромида цезия и хлорида рубидия на графитовых электродах.

 

ВАРИАНТ №9

Напишите электронные уравнения электродных процессов для электролиза расплавов хлоридов кальция и стронция на графитовых электродах и электролиза водных растворов хлорида радия и хлорида никеля на платиновых электродах.

 

ВАРИАНТ №10

Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при проведении электролиза расплавов и водных растворов хлорида кальция и фторида лития на графитовых электродах.

 

ВАРИАНТ №11

Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при проведении электролиза расплавов и водных растворов фторида калия и хлорида рубидия на графитовых электродах.

 

ВАРИАНТ №12

Напишите электронные уравнения электродных процессов для электролиза расплавов хлоридов кальция и стронция на графитовых электродах и электролиза водных растворов сульфата железа (3) и сульфата железа (2) на платиновых электродах.

 

ВАРИАНТ №13

Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при проведении электролиза расплавов и водных растворов хлорида кальция и фторида лития на графитовых электродах.

 

ВАРИАНТ №14

Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов, протекающих при проведении электролиза расплавов и водных растворов фторида калия и хлорида рубидия на графитовых электродах.

 

ВАРИАНТ №15

Напишите электронные уравнения электродных процессов для электролиза расплавов хлоридов кальция и стронция на графитовых электродах и электролиза водных раствора сульфата меди и карбоната натрия на платиновых электродах.

 

Для каждой соли напишите уравнение электролитической диссоциации, процессы на катоде и на аноде, укажите продукты электролиза.

 

 

Практическая работа 10.

Электролиз.

Составление схем электролиза расплавов и растворов солей.

Отчет Вариант №………

Выполнил студент…………..…………………….

Цель работы:……………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Формула соли: ______________

Уравнение электролитической диссоциации:

_________________________________________________

Процессы:

на катоде на аноде

 

 

Продукты электролиза:

 

Формула соли: ______________

Уравнение электролитической диссоциации:

_________________________________________________

Процессы:

на катоде на аноде

 

 

Продукты электролиза:

 

Формула соли: ______________

Уравнение электролитической диссоциации:

_________________________________________________

Процессы:

на катоде на аноде

 

 

Продукты электролиза:

Формула соли: ______________

 

Уравнение электролитической диссоциации:

_________________________________________________

Процессы:

на катоде на аноде

 

 

Продукты электролиза: