Электролиз воды катодная и анодная реакции

Электролиз воды катодная и анодная реакции

На аноде легче окисляются электрохимически активные частицы с меньшим значением потенциала.

Анодные процессы зависят от материала анода, состава и вида электролита.

Аноды бывают растворимыми и нерастворимыми.

1. Растворимые аноды — это аноды из металлов, стоящих в ряду напряжения после алюминия (j о (Ме) > j о (Al)). Независимо от вида электролита (раствор или расплав), от вида аниона в электролите, растворимые аноды окисляются при электролизе:

А: (Ме): Ме — Zе ® Ме z+ (52)

2. Нерастворимые (инертные) аноды (Pt, Au, C — графит) сами не окисляются при электролизе, а являются лишь приемником электронов от анионов. При этом анодный процесс зависит лишь от вида электролита:

а) Расплав электролита.

На нерастворимом аноде окисляются анионы независимо от их состава: SO2

А(С): SO4 2- — 2e ® SO4 0 , (53)

б) Раствор электролита.

При электролизе растворов, содержащих безкислородные анионы (Cl — , Br — , I — , CN — , кроме F — ), на аноде окисляются эти анионы:

АС): 2Br — — 2e ® Br2 0 (55)

При электролизе растворов с кислоросодержащими анионами (SO4 2- ;NO3 1- ;NO2 — ; и т.д.) на аноде в зависимости от рН раствора окисляется вода или анионы ОН — :

а) рН £7 А(С): Н2 О -4е ® О2 + 4Н + (56)

б) рН > 7 А(С): 4ОН — -4е ® О2 + 2Н2О (57)

При этом раствор у анода подкисляется, т.е. рН уменьшается.

Процессы превращения веществ на электродах подчиняются законам Фарадея:

1) Массы или объемы веществ, испытавшие электрохимические превращения на электродах, прямо пропорциональны количеству прошедшего электричества.

M(B) = (58 ),

Для газообразных веществ:

V 0 (A) = (59),

Где m(B) – масса вещества, претерпевшего электрохимическое превращение на электроде, г.

V 0 (A) – объем газообразного вещества при н.у., претерпевшего электрохимическое превращение на электроде, л.

М(В) – молярная масса вещества, г/моль,

V 0 м –молярный объем газообразного вещества при н.у., равный 22,4л

Z – число электронов в электродном процессе, определяемое из соответствующего электродного процесса.

I×t =Q – количество электричества, пропущенное через электролизер, А×с.

t – время электролиза, с.

2) Массы или объемы прореагировавших на электродах веществ при постоянном количестве электричества относятся между собой, как молярные массы эквивалентов или молярные объемы эквивалентов этих веществ.

Учитывая, что = Мэк(В), = V 0 эк(A), и преобразуя уравнения (58), (59), получаем при Q = const

= =

Пример11. При электролизе раствора CuSO4 на графитовых электродах масса катода увеличилась на 10,58г. Определите объем газа, выделившегося на аноде (н.у.).

Решение. Для того, чтобы определить, какие вещества выделились на электродах, напишем уравнения диссоциации CuSO4 и электродных процессов:

CuSO4 D Cu 2+ + SO4 2- , pH 2+ +2e® Cu 0 z(Cu) = 2

Следовательно, на катоде выделяется медь, на аноде – газ кислород.

Мэк(Cu) = = = 31,75г/моль

V 0 эк2) = = = 5,6л/моль

Поскольку при электролизе через катод и анод проходит одно и тоже количество электричества : Q = Qa = Qk , то

=

V 0 (О2) = = = 1,866л

4.4. ВЫХОД ПО ТОКУ

При электролизе, вследствие побочных процессов, количество выделившегося вещества меньше, чем следует из закона Фарадея. К числу таких побочных процессов относятся: электродные реакции на катоде (выделение водорода) при электролизе водных растворов катионов металлов от марганца до свинца, нагревание электролита за счет его сопротивления и др. Для количественной оценки всех видов потерь используют выход по току (ВТ)

Если при электролизе протекают побочные реакции, например, при электролизе раствора ZnCl2 наряду с цинком выделяется водород.

На катоде Zn +2 +2e Zn ВТ1

Выходом по току (BТ) называется отношение в процентах количества электричества, израсходованного при электролизе при выделении данного вещества к общему количеству электричества, прошедшего через раствор

или отношение массы фактически полученного продукта электролиза (mопыт) к массе теоретически (mтеор.), рассчитанной по количеству прошедшего электричества в соответствие с законом Фарадея.

Пример12. Какие процессы протекают на электродах при электролизе раствора нитрата серебра с угольными электродами? Каково изменение массы катода и объем газа, выделившегося на аноде, если электролиз длится в течение 30 мин. при силе тока 3А, а ВТк =ВТа = 90%

Решение: Угольные электроды участия в электродных процессах не принимают. На катоде восстанавливаются катионы серебра, на аноде окисляются молекулы воды ( NO3 — , как кислородсодержащий анион, окисляется труднее воды).

К: (С): Ag + , H2O : Ag + + e® Ag

A: (C): 2H2O – 4e® O2 + 4H +

Находим теоретическую массу серебра, которая должна выделится на катоде, используя формулу (58)

mопыт.. = m(Ag) = = 6,04г

С учетом ВТк масса, выделившегося серебра составит

Расчет теоретического объема кислорода, выделяющегося на аноде проводим по формуле (59), учитывая, что молярный объем эквивалента кислорода равен 5,6л.

V(O2)теор. = = = 0,31л.

Принимая во внимание ВТа

91. Определите на сколько граммов увеличится масса катода при электролизе в течение 1 часа раствора Ca(NO3)2 при силе тока 3 А. Напишите уравнения электродных процессов, если электроды выполнены из платины.

92. При электролизе раствора ZnCl2 с графитовыми электродами в течение 1,5 часов при выходе по току ВТк = 60% масса катода увеличилась на 1,46 г. Определите силу тока, пропускаемого через электролизер и объем газа, выделившегося на аноде, если ВТа =ВТк . Напишите уравнения электродных реакций.

93. При электролизае раствора К2SO4 с графитовыми электродами при ВТА = ВТк =100% объем газа, выделившегося на катоде, составил 0,84л. Определите объем газа, выделившегося на аноде и напишите уравнения электродных реакций.

94. При пропускании через воду тока силой I = 20A на графитовом аноде выделилось 19.6л газа электричества Запишите уравнения электродных реакций, рассчитайте время электролиза и объем газа, выделившегося на аноде.

95. Рассчитайте объем газа, выделившегося на графитовом катоде ( ВТк = 80% ) при электролизе раствора KNO3, если при пропускании тока 10А на графитовом аноде выделился 371л газообразного вещества ( ВТа =90%). Напишите уравнения электродных реакций.

96. При электролизе раствора ZnCl2 через электролизер было пропущено количество электричества Q= 48250Кл. При этом масса графитового катода увеличилась на 9,8г, а на графитовом аноде выделилось 2 л газообразного вещества. Напишите уравнения электродных реакций и рассчитайте ВТа и ВТк..

97. Определите на сколько граммов изменится масса анода при пропускании тока в 3А в течение 1 часа через раствор FeCl2, если электроды выполнены из б) железа, а ВТа = 82 % Напишите уравнения электродных реакций.

98.При электролизе раствора FeCl2 c платиновыми электродами на аноде выделилось 10 л газа при ВТа = 75%. Рассчитайте, на сколько граммов увеличится масса катода, если ВТк =80%.Напишите уравнения электродных реакций.

99. Рассчитайте, какой ток нужно пропустить через раствор СrCl3 в течение 2,5 часов, чтобы масса графитового (С ) катода увеличилась на 2,26г ( ВТк = 70% ). Рассчитайте объем газа, выделившегося на С-аноде. Напишите уравнения электродных реакций.

100. При электролизе раствора CuSO4 с графитовыми электродами масса катода увеличилась на 1000г (ВТк = 95%).Напишите уравнения электродных реакций и рассчитайте объем газа, выделившегося на аноде., если ВТа = 98%.

101.При пропускании через раствор MgSO4 количества электричества Q = 2423К на аноде выделилось 10 3 л газа. Напишите уравнения электродных реакций и рассчитайте выход по току на аноде, если электроды выполнены из графита.

Читайте также:  Химический состав масляной краски

102. За 10 часов электролиза раствора MgCl2 с графитовыми электродами масса катода увеличилась на 500 г. ВТк = 85%. Рассчитайте силу тока, пропускаемого через электролизер. Напишите уравнения электродных реакций.

103.Через раствор Ni(NO3)2 пропускался ток силой I = 3,5А в течение 2 часов. При условии, что ВТа = 80% , рассчитайте: а)изменение массы анода, если электроды выполнены из никеля, б) объем, выделившегося на аноде газа, если электроды выполнены из платины.

104. При электролизе раствора CoSO4 масса катода увеличилась на 10 3 г. при ВТк = 80% рассчитайте: а) количество электричества Q, прошедшего через электролизер, б) объем газа, выделившегося на графитовом аноде, в) изменение массы анода, если он выполнен из кобальта.

105. При пропускании тока I = 3,0А через раствор CuCl2 масса катода увеличилась на 6 г ( ВТк = 90%). Рассчитайте а) время электролиза и объем газа, выделившегося на аноде ( ВТа = 90% ), если электроды выполнены из графита, б) изменение массы анода, если он выполнен из меди.

106. При пропускании тока I=10А через электролизер с раствором Cr2(SO4)3 масса катода увеличилась на 3 г. ВТк = 60%. Рассчитайте: а) время осуществления электролиза и объем газа, выделившегося на аноде, если электроды выполнены из: графита.

107. Через раствор NiSO4 в течение времени t = 2 час. пропускался ток I=1А ВТк = 80% и ВТа = 80%. Рассчитайте изменение массы катода и объем газа, выделившегося на аноде, если электроды выполнены из графита. Напишите реакции, протекающие на электродах

108. При пропускании электрического тока через раствор CaCl2 в течение 1 часа на аноде выделилось 4 л газообразного вещества. Рассчитайте силу току, пропущенного через электролизер, если электроды выполнены из графита. Запишите уравнения электродных реакций.

109. При пропускании тока силой I = 4А через раствор PbCl2 масса катода увеличилась на 16 г. Рассчитайте время пропускания тока, t и объем газа, выделившегося на аноде, если электроды выполнены из графита.

110. Через раствор HgCl2 , пропущен ток I = 4 А в течение 1 часа. При этом масса катода увеличилась на 14,2 г. Рассчитайте ВТк и объем газа, выделившегося на аноде ( Va), если электроды выполнены из: а) графита, б) золота.

111. Через расплав NaJ пропущен ток силой I = 100A в течение 1 часа. Рассчитайте, как изменится масса катода, если электроды графитовые. ВТк = 100%.

112. Через раствор AgNO3 пропускали ток силой I = 4A в течение 4 часов. Найдите изменение массы катода и объем газа, выделившегося на аноде, если ВТа=ВТк = 90% , а электроды выполнены из графита. Напишите уравнения электродных процессов, протекающих на электродах, выполненных из серебра.

113. При пропускании тока I = 3А в течение 1 часа через расплав КОН масса катода изменилась на 4,5 г. Рассчитайте ВТк и объем газа, выделившегося на аноде, если электроды графитовые. (ВТк = ВТа).

114. При электролизе через расплав NaCl было пропущено 8,64×10 4 Кл электричества. При этом на аноде выделилось 10 5 л хлора. Рассчитайте на сколько изменилась масса катода, если электроды выполнены из графита (ВТа = ВТк). Запишите уравнения электродных процессов, протекающих на графитовых электродах.

115.При электролизе раствора CdSO4 в течение 2,5 часов масса катода изменилась на 21,25г. Рассчитайте силу тока, пропущенного через электролизер и объем газа, выделившегося на аноде, если электроды выполнены из: а) графита. ВТа = 75%, ВТк = 80%. Напишите уравнения электродных реакций.

116. При электролизе через раствор SnCl2 было пропущено 24125Кл электричества. Рассчитайте изменение массы анода, если электроды выполнены из олова. Выход по току на оловянном электроде составляет 85%. Рассчитайте объем водорода, выделяющегося одновременно с осаждением Sn.

Тема электролиза довольна большая, формул в ней много и, как мне кажется, больше ее изучают на уроках физики… Я хочу рассмотреть ту часть, которая касается химии, и при этом только формат ЕГЭ — электролиз водных растворов солей.

Электролиз водных растворов солей

Для начала давайте представим себе систему, в которой происходит электролиз.

Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Электроды — это такие пластинки или стержни, опущенные в раствор, они подключены к источнику тока.

  • Анод — положительно заряженный электрод
  • Катод — отрицательно заряженный электрод

Мы будем рассматривать случай инертных электродов — т.е. они не будут вступать ни в какие химические реакции.

При пропускании электрического тока, вещество раствора будет претерпевать химические изменения, т.е. буду образовываться новые химические вещества. Они будут притягиваться к электродам следующим образом:

  • Неметаллы и их производны, анионы — к аноду
  • Металлы и их производный, катионы — к катоду

Теперь рассмотрим электролиз водных растворов различных солей

Разберем сначала катионы :

  • Если металл стоит до Н, то вместо него электролизу подвергается вода:
    2H2O + 2е = H2 + 2OH – Образовавшийся водород H2 идет к катоду
  • Если металл стоит после Н, то он сам восстанавливается:
    Cu 2+ + 2е = Cu 0 Медь осаждается на катоде
  • Катионы металлов, стоящие в ряду напряжений после алюминия до водорода, могут восстанавливаться вместе с молекулами воды :
    2О + 2е = Н2+ 2ОНZn 2+ + 2e = Zn 0

Теперь анионы-кислотные остатки :

  • Кислородсодержащие кислотные остатки — вместо них электролизу подвергается вода:
    2H2O — 4e = O2 + 4H + Образовавшийся O2 выделяется на аноде
  • Бескислородные кислотные остатки — окисляются до простого вещества:
    Cl − — 1e = Cl2 0 Хлор выделяется на аноде
  • Исключение: F − — вместо него будет выделяться кислород.

Примеры:

1 .1. Катион стоит в ряду до Н, кислотный остаток содержит кислород О:

1.2. Катион стоит в ряду до Н, кислотный остаток беcкислородный:

анод (+): Cl − — 1e = Cl 0 ; Cl 0 +Cl 0 =Cl2

2.1. Катион стоит в ряду после Н, кислотный остаток содержит кислород О:

K(-): Cu 2+ + 2e = Cu 0

2.2. Катион стоит в ряду после Н, кислотный остаток беcкислородный:

катод (-): Cu 2+ + 2e = Cu 0

анод (+): 2Cl − — 2e = 2Cl 0

Электролиз водных растворов солей отличается от электролиза расплавов.

Отличие — в наличии растворителя. При электролизе водных растворов солей кроме ионов самого вещества в процессе участвуют ионы растворителя. При электролизе расплавов — только ионы самого вещества.

  • ЕГЭ это вопрос Части B № 3

Электролиз – это несамопроизвольный (? G >0), суммарный электрохимический процесс, охватывающий раздельное, но одновременно протекающее на электродах электролизера окисление и восстановление ионов, атомов, молекул раствора за счет электрического тока, возбуждаемого внешней электродвижущей силой.

Электролиз расплавов. При электролизе расплава электролита на электроде, подключенном к минусу источника тока (катоде), через который в систему поставляются электроны, восстанавливаются катионы электролита в атомы. На другом электроде, присоединенном к плюсу источника тока (аноде), с помощью которого из системы отводятся электроны, окисляются анионы электролита. Например, при электролизе хлорида натрия ионы натрия восстанавливаются в атомы по уравнению

а на аноде происходит окисление ионов хлора в молекулы:

Электролиз является процессом, в ходе которого происходит превращение электрической энергии в химическую.

Электролиз растворов электролитов

Читайте также:  Технические характеристики гкл кнауф

Главное отличие этого типа электролиза от электролиза расплавов состоит в том, что в водных растворах электролитов (при электролизе в качестве электролитов значительно чаще используют соли, чем кислоты или основания) кроме катионов и анионов электролита (соли) всегда присутствуют молекулы воды, а также ионы Н + и ОН – , образующиеся в результате ее диссоциации, а в случае гидролиза соли — то и в результате гидролиза. Поэтому наряду с ионами растворенной соли в электродных реакциях могут принимать участие молекулы воды, ионы Н + или ОН – .

Продукты, выделяющиеся на электродах, зависят от природы ионов соли, находящегося в растворе, а также вида материала, из которого изготовлены электроды.

Рассмотрим отдельно катодные и анодные процессы.

Напомним, что в гальваническом элементе катодом называется положительный электрод, а анодом — отрицательный. При электролизе — наоборот. Но главное состоит в том, что и в гальваническом элементе и при электролизе на катоде идет восстановление, а на аноде — окисление. (— Почему это так, я спрошу у вас на предстоящем семинаре). А для себя объяснение этого вопроса в Гельфмане М.И. (на стр. 298–299).

Итак, катодные процессы при электролизе.

На катоде могут протекать три вида процессов:

1. Восстановление ионов металла: Ме n + + ne ? Me

2. Восстановление молекул воды в нейтральных или щелочных растворах:

3. Восстановление ионов водорода в кислотных растворах:

Уравнение 2 и 3 относятся к водородному или угольному электродам ( то есть в случае кислой среды водород может быть получен по 3-ему уравнению реакции, а в случае нейтральной и кислой среды — по 2-ому уравнению реакции )

— Какой же из этих процессов наиболее вероятен?

Так как на катоде идет реакция восстановления, т.е прием электронов окислителем, то в первую очередь должны реагировать наиболее сильные окислители. На катоде прежде всего протекает реакция с наиболее положительным потенциалом.

Рассмотрим, например , электролиз раствора Na 2 SO 4 в случае водородного электрода:

Сульфат натрия образован катионом сильной кислоты и анионом сильного основания, следовательно, гидролиз этой соли в растворе не протекает, среда нейтральная,

тогда на катоде могут протекать следующие процессы:

1. Восстановление ионов натрия: Na + + e ? Na E o Na / Na + = –2.71 B .

2. Восстановление молекул воды: 2Н2О + 2е ? Н2 + 2ОН –

Е 0 Н2О/Н2 = –0,828 В

Таким образом, мы видим, что Е 0 Н2О/Н2 значительно превышает E o Na / Na + , т.е. при электролизе раствора Na 2 SO 4 на катоде наблюдается только восстановление молекул воды с выделением Н2.

Рассмотрим также электролиз раствора С uCl 2 .

Хлорид меди образован катионом слабого основания и анионом сильной кислоты, следовательно, ион С u 2+ подвергается гидролизу, забирая от воды гидроксид ионы, среда кислая,

тогда на катоде могут протекать следующие процессы:

1. Восстановление ионов меди: Cu 2+ + 2 e ? Cu E 0 Cu / Cu 2+ = +0.337 B .

2 Восстановление ионов водорода: 2Н + + 2е ? Н2, ЕН+/Н2 = 0,000 В.

Таким образом, мы видим, что E 0 Cu / Cu 2+ > ЕН+/Н2, т. е. при электролизе раствора С uCl 2 на катоде наблюдается только восстановление этой соли.

Для солей, образованных металлами, значения стандартных электродных потенциалов которых близки к стандартному электродному потенциалу восстановления воды, на катоде наблюдается восстановление и металла и водорода воды.

Следовательно, можно сделать вывод, что восстанавливаемый на катоде продукт во многом определяется стандартным электродным потенциалом металла (его положением в ряду стандартных электродных потенциалов).

Восстанавливается только водород воды

Восстанавливается металл и частично водород воды

Восстанавливается только металл

Li, Rb, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al / Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Pb, H / Cu, Hg, Ag, Pt, Au

Каковы же анодные процессы при электролизе?

На аноде также могут протекать три вида процессов:

1. Окисление атомов металла: Ме – ne ? Me n +

2. Окисление молекул воды в кислотных и нейтральных растворах:

3. Окисление гидроксид-ионов в щелочных растворах:

— Какой же из этих процессов наиболее вероятен?

Так как на аноде идет реакция окисления, т.е отдача электронов восстановителем, то в первую очередь должны реагировать наиболее сильные восстановители. На аноде прежде всего протекает реакция с наиболее отрицательным потенциалом.

Тогда правило для анода (эмпирическое):

Если потенциал металлического анода имеет более отрица­тельное значение, чем потенциал окисления ионов ОН – или дру­ гих веществ, присутствующих в растворе, в газовой фазе около электрода или на электроде, то происходит растворение металла. При этом протекает электролиз с растворимым анодом.

Если по­ тенциал металлического анода близок к потенциалу других элек тродных процессов, то наряду с растворением металла на аноде протекают также другие процессы, например, разряд ионов ОН – . В этом случае также говорят об электролизе с растворимым ано­дом, но учитывают и другие анодные процессы.

Если потенциал металла или другого проводника первого рода, используемого в качестве анода (водородного, графитового электрода) имеет более положительное значение, то протека­ ет электролиз с нерастворимым анодом. В качестве нераствори­ мых анодов применяют золото и платиновые металлы, диоксид свинца, оксид рутения, графит.

При электролизе с нерастворимым анодом на электроде будут окисляться простые ионы ( S 2– , I – , Br – , Cl – ), с выделением простых веществ S , I 2 , Br 2 , Cl 2 . На аноде не окисляются сложные ионы CO 3 2– , NO 3 – , SO 4 2– , PO 4 3– , а также F . В этом случае выделяется кислород либо в результате окисления молекул воды, либо в результате окисления гидроксид-ионов.

1. Если электролизу подвергаются растворы, катионы которых имеют стандартные электродные потенциалы меньше -1,62 В ( Li , Na , K и катионы других металлов), то на катоде восстанавливаются молекулы воды по уравнению 2Н2О + 2е ? Н2 + 2ОН – (среда нейтральная или щелочная). При электролизе кислых растворов на катоде восстанавливаются ионы водорода — 2Н + + 2е ? Н2. Катионы металла при этом не восстанавливаются, поэтому выход металла по току равен нулю.

2. При электролизе растворов, катионы которых имеют стандартные потенциалы от -1,62В до -0,12В ( Zn 2+ , Fe 2+ , Ni 2+ и катионы других металлов средней активности), на катоде восстанавливаются катионы электролита и молекулы воды одновременно. Выход металла по току 30-70%.

3. Если в растворе находятся катионы, стандартные потенциалы которых больше -0,12В ( Cu 2+ , Ag + , Hg 2+ , Au 3+ и катионы других малоактивных металлов), то при электролизе на катоде будут восстанавливаться только эти катионы. Выход металла по току будет приближаться к 100%.

4. При электролизе водных растворов щелочей, кислородсодержащих кислот и их солей, а также фтороводорода и фторидов на аноде окисляется вода с выделением кислорода по уравнению 2Н2О – 4е ? О2 + 4Н + (среда нейтральная). В щелочном растворе идет реакция 4ОН – – 4е ? О2 + 2Н2О.

5. При электролизе водных растворов бескислородных кислот и их солей на аноде окисляются только анионы.

Первый закон Фарадея: масса конкретного вещества m теор , выделившегося на электроде, прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролизер:

Введение в полученное соотношение коэффициента пропорциональности К превращает его в уравнение:

Коэффициент К называют электрохимическим эквивалентом. При Q = 1Кл, к= m теор , т.е. электрохимический эквивалент – это масса вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролизер 1 кулона электричества.

где I — сила тока, прошедшего через электролизер, А;

Читайте также:  План кухни гостиной 18 метров

t — время проведения электролиза, с.

Второй закон : если через электролизеры проходят одинаковые количества электричества, то массы веществ, выделившихся на электродах, относятся между собой как их эквивалентные массы, или

где m 1 , Э1 – масса и эквивалентная масса первого вещества, г;

m 2 , Э2 — масса и эквивалентная масса второго вещества, г.

Поменяем местами средние члены равенства:

т.к. m / МЭ= n экв – это количества вещества эквивалентов, то

n экв1 и n экв2 , это количества эквивалентов первого и второго веществ.

Следовательно, если через электролизеры проходят одинаковые количества электричества, то количества эквивалентов веществ, выделяющихся на электродах, образующихся и разлагающихся в растворах, будут равны.

Для выделения на электроде одного эквивалента любого вещества необходимо затратить одно и тоже количества электричества, равное приблизительно 96500 Кл.

1 моль эквивалентов несет 6,02?10 23 частиц, а каждая частица несет заряд 1?10 -19 Кл, поэтому суммарный заряд 1 моля эквивалента равен:

F = NA ? qe = 6,02?10 23 ?1.6?10 -19 =96493,3 = 96500Кл/моль-экв.

Количество электричества F , равное заряду моля электронов, необходимое для выделения на электроде одного эквивалента вещества называется числом Фарадея.

На основании этого:

из первого закона: при прохождении через электролизер 1 Кл электричества на электроде выделяется масса вещества, равная его электрохимическому эквиваленту К.

из второго закона: при прохождении через электролизер F кулонов электричества на электроде выделяется масса вещества, равная его химическому эквиваленту Э:

После подстановки в уравнение 1-го закона:

При проведении электролиза расплава или раствора масса выделенного на электроде вещества m пр из-за побочных процессов, протекающих в электролизере и соответственно требующих расхода электрической энергии, всегда меньше m теор , рассчитанной по уравнению. Отношение m пр к m теор называется выходом по току В.Т., выделяемого на электроде вещества, т.е.

Преобразовав соотношение получим:

если в электролизере выделяется газообразное вещество, то его количество удобнее выражать в объемных единицах. Получается

Эквивалентный объем газа рассчитывают с использование следствия из закона Авогадро: моль любого газа при н.у. занимает объем 22.4л.

Моль кислорода имеет массу 32г и занимает объем 22,4л, а эквивалент кислорода равен 8г и занимает объем 5,6л

Кинетика электродных процессов. Поляризация.

Опыт показывает, что при пропускании через какой-либо электролит тока с разностью потенциалов на зажимах ванны, например, в 1 в (при платиновых электродах), сила тока в процессе электролиза, постепенно уменьшаясь, через некоторое время практически становится равной нулю. В соответствии с законом Ома ( I = E / R ) Это может происходить либо по причине увеличения суммы внутреннего и внешнего сопротивлений, либо в результате падения ЭДС .

Увеличение общего сопротивления цепи может происходить в том случае, если на электродах отлагаются вещества, плохо проводящие электрический ток (сера, окисиды и др.). Однако главной причиной уменьшения силы тока в электролитической ванне является падение ЭДС. вследствие возникновения новой ЭДС, действующей в противоположном направлении и называемой ЭДС. поляризации. Возникновение противоположно направленной ЭДС (явление поляризации) наблюдается также и при прохождении электрического тока через гальванический элемент.

При отсутствии тока величина электродного потенциала определяется электрохимическим равновесием на границе соприкосновения металла с раствором. При прохождении тока через гальваническую цепь на поверхности электрода происходят различного рода реакции (например, выделение водорода или металла на отрицательном электроде и реакции выделения кислорода или растворения металлов на положительном). Вследствие этого равновесие у поверхности электрода нарушается и потенциал электрода изменяется (поляризация электродов) . Величина сдвига потенциала зависит от плотности тока (т. е. от силы тока, приходящейся на единицу поверхности электрода). Чем больше плотность тока, тем больше величина поляризации. Кроме того, поляризация зависит от природы электрода, состава раствора, температуры, природы реакции, протекающей на поверхности электрода, и других условий.

Поляризация (?) – изменение потенциала электрода при прохождении через него тока.

Т.к. поляризация наблюдается как на катоде, так и на аноде, то различают катодную и анодную поляризации:

Поляризация в отрицательную сторону называется катодной, в положительную – анодной.

Для экспериментального определения поляризации строят кривую зависимости потенциала электрода от протекающего тока. Т.к. электроды м.б. разными по площади, то в зависимости от площади электродов при ?= const могут быть разные токи, скорость реакции ( I тока ) обычно относится к единице площади поверхности i = I / S ( A /м 2 )

Явление поляризации ‘нежелательно как при проведении электролиза, так и при работе гальванических элементов. Поляризация снижает полезное напряжение гальванических -элементов и, наоборот, повышает напряжение, которое необходимо приложить к электролитической ячейке для проведения электролиза.

Поляризация вызывается различными причинами. Чаще всего она связана с изменением концентрации растворов у электродов (концентрационная поляризация) или же с изменением состояния поверхности электродов вследствие отложения на них других веществ (электродная поляризация).

Допустим, что в электролитической ванне с раствором медного купороса и электродами из чистой меди (катод) и черновой меди (анод) проводится электролиз. При этом ионы меди из раствора выделяются на медном катоде, а ионы S 04 2_ вызывают переход меди из куска черновой меди в раствор (анодное растворение). Через некоторое время концентрация CuS 04 у электродов станет неодинаковой: у катода она будет меньше, у анода — больше.

Внутри ванны возникнет концентрационный элемент ЭДС которого направлена противоположно внешней э. д. с, вызывающей электролиз, а именно: внешняя э. д. с. ?стремится выделить ионы меди на катоде, а э. д. с. концентрационного элемента способствует переходу ионов меди с катодной пластинки в раствор. Э.д.с. концентрационной поляризации незначительна и легко устраняется при перемешивании раствора. —

Другой вид поляризации можно наблюдать, если, к примеру, провести электролиз раствора соляной кислоты между электродами из платины. При электролизе, вследствие выделения на катоде водорода, а на аноде хлора, платиновые электроды превращаются в газовые. Внутри ванны возникает водородо-хлорная гальваническая цепь, э.д. с. которой направлена противоположно внешней и может быть приблизительно рассчитана по величинам нормальных электродных потенциалов. Так как

Химическую поляризацию устраняют добавкой веществ (деполяризаторов) , быстро вступающих в реакцию с продуктами, вызывающими поляризацию. Так, например, во всех случаях, когда поляризация вызывается выделением водорода, в катодное отделение прибавляют легко восстанавливающиеся вещества (например, HN 03, К2Сг27, Мп02 и др.).

При выделении па электродах водорода и кислорода катодным деполяризатором должен быть окислитель, а анодным — восстановитель.

Вследствие поляризации для каждого электролита существует некоторое минимальное значение напряжения, которое необходимо приложить к платиновым электродам для того, чтобы мог нормально протекать электролиз. Оно называется напряжением разложения . Величина напряжения разложения зависит от природы продуктов, выделяемйгх при электролизе на электродах. Так, например, величины напряжения разложения водных растворов кислородных кислот и щелочей примерно одинаковы (около 1,7 в). Объясняется это тем, что при электролизе указанных электролитов на электродах выделяются газообразные водород и кислород, следовательно, возникает одна и та же поляризационная водородо-кислородная цепь с противоположно направленной э.д. с, которую приходится преодолевать внешней э.д. с.

Казалось бы, что для осуществления нормального течения электролиза необходимо приложить к электродам внешнюю ЭДС..теоретически равную (но не меньшую) э. д. с. гальванического элемента, возникающего внутри ванны в ходе того или иного процесса. Однако фактически требуемая величина напряжения разложения в большинстве случаев оказывается большей, чем э.д. с. поляризации. Разность между истинным значением напряжения разложения и ЭДС соответствующего гальванического элемента называется перенапряжение

Ссылка на основную публикацию
Электрические клипсы для проводов
Электротехнические работы, связанные с электрическими сетями, неизбежно сопровождаются исполнением монтажа, техобслуживания, ремонта. В свою очередь перечисленный сервис заставляет использовать зажимы...
Штуцер для медной трубы
Ленинский пр-т, дом 110 корпус 1 м. Проспект Вернадского пн-пт с 9:00 до 19:00 сб с 10:00 до 15:00 вс...
Штуцера для шлангов поливочных
Сбросить все фильтры Категории: Популярные вверх ↑ Популярные вверх&nbsp↑ Цена по возрастанию&nbsp↑ Цена по убыванию&nbsp↓ Сначала новинки&nbsp↓ Показать по: 15...
Электрические обогреватели для дачи энергосберегающие
*Обзор лучших по мнению редакции expertology.ru. О критериях отбора. Данный материал носит субъективный характер, не является рекламой и не служит...
Adblock detector