ЕЛЕКТРОЛІЗ. ГАЛЬВАНІЧНІ ПОКРИТТЯ.
Мета роботи –ознайомити з катодними і анодними процесами електролізу водних розчинів солей та електрохімічними методами покривання металів.
ВИМОГИ ДО ЗНАНЬ І УМІНЬ
Студент повинен знати: в чому сутність електролізу; послідовність розрядження іонів біля аноду і катоду; закони електролізу.
Студент повинен уміти: складати схеми електролізу водних розчинів солей з розчинним і нерозчинним анодами; експериментально здійснювати електроліз водних розчинів солей; розраховувати кількості речовин, які виділяються на аноді і катоді.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Електролізом називається окисно-відновний процес, який здійснюється на електродах при пропусканні постійного електричного струму крізь розплав або розчин електроліту. Цей процес супроводжується перетворенням електричної енергії у хімічну.
Під час електролізу позитивно заряджені іони переміщуються до катоду (катіони), а негативно заряджені – до аноду (аніони). Внаслідок цього на електродах виділяються продукти окислення (на аноді) і відновлення (на катоді). Первинні продукти можуть взаємодіяти між собою з утворенням вторинних продуктів електролізу. Тому сутністю процесу електролізу є окислення аніонів на аноді і відновлення катіонів на катоді.
Електроліз проводять у спеціальних приладах (електролізерах), які обладнані двома електродами. Електроди бувають інертні (нерозчинні), які вироблені з платини, іридію, графіту або вугілля, і активні, тобто розчинні.
При електролізі розчинів електролітів спостерігається нижчезазначена послідовність розряду катіонів і аніонів.
На катоді. До катоду одночасно підходять катіони металів і водню. Послідовність їх розрядження визначається величиною стандартного електродного потенціалу відповідного процесу відновлення (див. таблицю “Ряд напруги металів”). В першу чергу відновлюються частинки з найбільшим електродним потенціалом, вони є найсильнішими окисниками у системі.
Тому при електролізі водних розчинів солей найбільш активних металів, що розташовуються до алюмінію включно, відновлюються не катіони металів, а водень з молекул води:
2Н2О + 2ē → Н2↑ + 2ОН-
Якщо до катоду підходять катіони різних металів, то їх відновлення йде у відповідності із зменшенням їх стандартних електродних потенціалів. Наприклад, якщо у склад електроліту входять іони Мn2+, Zn2+, Fe2+, Ni2+, H+, то в першу чергу будуть розряджатися іони Н+ (найбільший електродний потенціал), а потім іони металів у такій послідовності: Ni2+, Fe2+, Zn2+, Мn2+.
На аноді. До аноду підходять аніони кислот та іони ОН- . В першу чергу окислюються частинки з найменшим потенціалом, вони є найсильнішим відновником.
Аніони безкисневих кислот (крім F-) є добрими відновниками. Тому СІ-, Вr -, I-, S2- та інші легко окислюються, утворюючи прості речовини:
2СІ- → СІ2 + 2ē
S2- → S0 + 2ē
Аніони кисневмісних кислот (NO3-, SO42-, PO43- та інші) у водних розчинах не окислюються. Замість цього йде окислення кисню з молекул води:
2Н2О -4 ē О2↑ + 4Н+
На основі вищезазначених закономірностей можна складати схеми електролізу розплавів або розчинів будь-яких електролітів.