ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №12

Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 763

1.1 Методичні вказівки до вивчення теоретичного матеріалу

Електролізом називаються окислювально-відновні процеси, що протікають на електродах при пропущенні постійного струму через розчин чи розплав електроліту, який супроводжується рухом іонів.

Якщо процесу електролізу піддається розплав солі, наприклад, NaCl, то під дією електричного струму NaCl буде розпадатися на Na⁺ і Cl^- . Іони Na⁺ будуть прагнути до протилежно зарядженого катода, а іони Cl^- - до анода. Реакції на електродах:

Катод Θ Na⁺ + e = Na⁰ - процес відновлення

Анод Å Cl^- - e = Cl⁰ - процес окислювання

Електролізом розплавів одержують метали Li, Na, K, Ca, Mg, Al.

Процеси електролізу можуть здійснюватися з розчинними і не розчинними анодами.

Розчинні аноди виготовляються з того металу, катіон якого є присутнім у розчині чи у розплаві.

Нерозчинні аноди виробляють з інертних матеріалів: Pt, Ti, -графіт.

Розглянемо процеси, що мають місце при електролізі водних розчинів солі.

Катодні процеси

Біля катода будуть концентруватися катіони металу і молекули води. При визначенні послідовності розряду варто користуватися рядом напруг металів, у який включена і вода, яка виступає у ролі окислювача, вона має значення нормального електродного потенціалу φ₀ = -0,83 В.

Метали, у яких φ₀ > -0,83 В, будуть піддаватися процесу відновлення на катоді: - Ме⁺ⁿ + nē = Me. Якщо метал має значення φ₀ < - 0,83 В, то в цьому випадку процес на катоді буде наступний:

Θ2Н₂О + 2е = Н₂⁰ + 2ОН ^- - процес відновлення.

При наявності в розчині катіонів декількох металів у першу чергу відновлюються катіони металу з найбільшим значенням стандартного потенціалу.

Анодні процеси

При електролізі водного розчину з нерозчинним анодом у першу чергу окислюються аніони бескисневих кислот (Br ^-, J ^-, Cl ^-, S ^-2) наприклад, Å S^-2 – 2e = S⁰ – процес окислення.

При наявності в розчині кисневмісних аніонів (SO₄^-2, NO₃ ^-, PO₄^-3) останні не окислюються, замість них відбувається окислення води:

Å 2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺, або Н ^- (якщо розчин лужної)

Å 4ОН^- - 4е = О₂ + 2Н₂О – процес окислення.

Якщо анод розчинний, відбувається окислення металу анода:

ÅМе_анода – nе = Ме⁺ⁿ

Приклад 1: Написати рівняння реакції, що протікають на електродах, при електролізі розчину Zn(NO₃)₂

Рішення: Zn(NO₃)₂ D Zn⁺² + 2NO₃^-

Θ катод: Zn⁺²; H₂O Zn ⁺² + 2ē = Zn⁰

Å анод: NO₃^-; H₂O 2H₂O – 4 ē = O₂ + 4H⁺

Сумарний процес:

2 Zn(NO₃)₂ + 2H₂O 2Zn + O₂ + 4 HNO₃

Приклад 2: Написати рівняння реакцій, що протікають на електродах при електролізі розчину KCl.

Рішення: KCl D K⁺ + Cl^-

Θкатод: К⁺, H₂O 2H₂O + 2 ē = Н₂ + 2ОН^-

Åанод: Cl^-, H₂O 2Сl^- - 2 ē = Cl₂⁰

Сумарний процес:

2KCl + 2H₂O H₂ + Cl₂ + 2KOH

Приклад 3: Написати рівняння реакцій, що протікають на електродах при електролізі розчину NiSO₄ з розчинним анодом.

Рішення: NiSO₄ D Ni⁺² + SO₄^-2

Θкатод: Ni⁺², H₂O Ni⁺² + 2 ē = Ni⁰

Åанод: Ni⁰, SO₄, H₂O Ni⁺⁰ - 2 ē = Ni⁺²

Кількісні закони електролізу.

Взаємозв'язок між кількістю електрики, що прошли через електроліт і кількістю речовини, що виділилась на електродах, виражається законами М.Фарадея.

Перший закон. Маса речовини, що виділилась на електродах при електролізі, прямопропорційна кількості електрики що пройшла:

m = Q ∙ q

де m – маса продукту електролізу;

q - електрохімічний еквівалент;

Q – кількість електрики.

Другий закон. Однакові кількості електрики виділяють на електродах при електролізі еквівалентні кількості речовини. Звідси – для виділення одного еквівалента будь-якої речовини необхідно витратити однакову кількість електрики (F) – 96500 Кл чи 26,8 А∙год

З закону Фарадея випливає рівняння:

m = ,

де m – маса речовини, г:

J – сила струму, А:

Е – хімічний еквівалент речовини.

Якщо необхідно визначити обсяг газу, що виділився при електролізі на електродах, то для розрахунків беруть об'ємний еквівалент газу. Наприклад, об'ємний еквівалент кисню дорівнює 5,6 л, а

.

1.2 Проведення дослідів