Катодные процессы в водных растворах
| Электрический ряд напряжений металлов | ||
| Li, K, Ca, Na, Mg, Al | Mn, Zn, Fe | Ni, Sn, Pb Н2 Cu, Ag, Pt, Au |
| 2Н2O+ 2e→ Н2+2OHֿ Меn++nОН-= =Ме(ОН)n-католит | Выделяется Н2 или Ме | Men++ne-=Me0 |
Характер реакций, протекающих на аноде, зависит от природы аниона и материала анода. Аноды подразделяются на нерастворимые и растворимые.
Нерастворимые аноды изготавливаются из угля, графита, платины, иридия, при электролизе они служат лишь передатчиками электронов. Анионы бескислородных кислот (S2-, I-, Вг-, Сl-) при их достаточной концентрации окисляются довольно долго:
2 Сl--2е→С12
2Вг--2е→Вг2
Если же раствор содержит анионы кислородных кислот (например, SO42-,NO3-, СО22-, РО43-), то на аноде окисляются не эти ионы, а молекулы воды:
2Н2О-4е→О2 + 4Н+
Если растворимые аноды изготавливаются из меди, серебра, цинка, кадмия, никеля, железа (в определенных условиях нерастворимыми становятся и аноды из железа, никеля, свинца), при электролизе они окисляются сами.
Me - ne→ Me n+
Рассмотренные правила сведены в таблицу 2:
Таблица 2.
Анодные процессы в водных растворах
| Анод | Кислотный остаток Асm- | |
| Бескислородный | Кислородосодержащий | |
| Растворимый | окисление металла анода Me0 - ne→Men+ анод раствор | |
| Нерастворимый | Окисление анионов кроме фторидов Ас m-- me →Ас0 | В щелочной среде: 4ОН--4е→О2+2Н2О В кислой и нейтральной: 2Н2О-4е→О2 + 4Н + |
Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке
  J-, Br-, S2- , Сl- , ОН- , SO42- , NO3- , F-
|
Решение типовых задач
Задача 1. Написать уравнение электролиза раствора KCl, если аноыд нерастворимый.
Решение: KCl↔K+ +Cl-
Катод (-) Анод (+)
2H2O+2e↔ H2↑+2OH 2Cl-2e↔Cl2
Суммарное ионное уравнение:
2Н2О + 2С1 → Н2↑ + С12↑ + 2ОН-
Суммарное молекулярное уравнение:
2КС1 + 2Н2О→ 2Н2↑ + С2↑+ 2КОН
Вторичный продукт электролиза
Задача 2. Написать уравнение реакции электролиза водного раствора AgNO3, если
а) анод нерастворимый;
б) анод растворимый, серебряный.
Решение:
а) анод нерастворимый AgNO3↔ Ag + + NO3-
катод(-)…………………………………….анод(+)
Ag++1e→Ag0 2H2O-4e→O2+4H+
Суммарное уравнение процессов:
4AgNO3 + 2H2O→4Ag + О2+4HNO3
Вторичный продукт электролиза
б) анод растворимый, серебряный
катод(-) анод(+)
Ag++1e→Ag Ag0-1e→Ag+
Суммарное уравнение электролиза с растворимым анодом написать нельзя.
Расчет количества веществ, разложенных или образовавшихся в процессе электролиза, производится по закону Фарадея. Теоретически массы веществ, испытавших изменение при электролизе, определяются
Q – количество прошедшего электричества
m – масса вещества, г.
- химический эквивалент вещества, г.
J – сила тока, А
- время электролиза, сек.
Пример: Сколько меди выделяется при пропускании через раствор ее соли тока силой 6А, в течение 1 часа, если выход по току составляет 98%?
m(Си)факт = m(Си)теор*0,98 = (Cu)*J*τ*0,98 /96500= 32*6*3600*0,98/96500 =7г..
Следовательно, на катоде выделится 7 грамм меди.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Лабораторная установка для проведения процесса электролиза с растворимым медным анодом.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. В каких случаях образуются вторичные продукты при электролизе?
2. В какой последовательности и выделяются на катоде металлы при электролизе раствора, содержащего ионы Ni2+, Cr2+,Fe3+?
3. Какой силы должен быть ток, чтобы при пропускании его через расплав MgSO4 выделить на катоде 6 г. магния за 10 часов? Написать уравнения электродных процессов.
4. Через последовательно соединенные электролитические ванны с платиновыми электродами пропустили ток. В первой ванне раствор сульфата натрия, во второй-раствор нитрата серебра, а в третьей - раствор соляной кислоты. Какие продукты выделились на электродах во всех трех ваннах и сколько их получилось по массе, если в первой ванне выделится на катоде 1 мг. водорода?
5. Через водный раствор NaCl (электроды угольные) пропускали ток сначала при перемешивании раствора, а затем без перемешивания, отделив в последнем вторичные продукты. Написать уравнения электродных процессов для двух случаев.