Электролиз расплавов и растворов электролитов урок химии в 11 классе

Электролиз – это окислительно- восстановительный процесс, протекающий на электродах в растворах или расплавах электролитов при пропускании электрического тока.

На катоде происходит процесс восстановления М n+ + nē = М 0 Электролиз в расплавах На аноде происходит процесс окисления В расплавах анионы бескислородных кислот (кроме фторидов) окисляются до соответствующего простого вещества, например: 2Cl – – 2ē = Cl 2 0 Кислородсодержащие анионы выделяют кислород и превращаются в один из оксидов: SO 4 2– – 2ē = SO O 2 0.

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВА NАCL К(-) NaClА(+) Na + + Cl - Na + + 1ē = Na 0 2Cl - - 2ē = Cl 2 электролиз 2NaCl 2Na + Cl 2 4

К(-) CuCl 2 А(+) Cu Cl - Cu ē = Cu 0 2Cl - - 2ē = Cl 2 CuCl 2 Cu + Cl 2 Электролиз расплава CuCl 2 5 электролиз

Катодные процессы в водных растворах электролитов Электрохимический ряд напряжений металлов Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni Н Cu, Hg, Ag, Pt, Au Восстановление молекул воды: 2H 2 O + 2e - = Н 2 + 2ОН - Оба процесса: 1)Me n+ + ne - = Me 0 2) 2H 2 O + 2e - = Н 2 + 2ОН - Восстановление катиона металла: Me n+ + ne - = Me 0

ПРОЦЕСС НА АНОДЕ В растворах процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона. Аноды могут быть двух видов – растворимые (железо, медь, цинк, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза) и нерастворимые, или инертные (уголь, графит, платина, золото) а) Если анод растворимый, то независимо от природы аниона всегда идет окисление металла анода, например: Cu 0 – 2ē = Cu 2+ б) Если анод инертный, то в случае бескислородных анионов (кроме фторидов) идет окисление анионов: 2Cl – – 2ē = Cl 2 0 7

Анодные процессы в водных растворах электролитов Анион кислотного остатка А m- Бескислородный (Cl -, Br -, I -, S 2- и др., кроме F - ) Кислородсодержащий ( ОН -, SO 4 2-, NO 3 -, CO 3 2- и др.) и F - Окисление аниона (кроме фторида) А m- - me - = А 0 В кислой и нейтральной среде – окисление молекул воды: 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + в щелочной среде: 4OH - - 4e - = O 2 + 2H 2 O

Изменение восстановительной активности анионов Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке: I -, Br -, S 2-, Cl -, OH -, SO 4 2-, NO 3 -, F - Восстановительная активность уменьшается

Электролиз раствора поваренной соли

Электролиз раствора хлорида меди (II) CuCl 2 (-)Катод Cu Cl - Анод(+) восстановление: окисление: Cu е - = Сu 0 2Cl е - = Cl 2 Суммарно: CuCl 2 Сu + Cl 2 Вывод: электролиз раствора данной соли принципиально не отличается от электролиза ее расплава. электр. ток

Схема электролиза раствора сульфата меди (II) CuSO 4 (-)Катод Cu 2+ + SO 4 2- Анод(+) восстановление окисление ионов меди: H 2 SO 4 молекул воды: Cu е - = Сu 0 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + Для подбора коэффициентов используем метод электронно-ионного баланса: К(-) Cu е - = Сu 0 2 А(+) 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + 1 Суммарно: 2CuSO 4 + 2H 2 O 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4 электр. ток

Электролиз раствора иодида калия KI (-)Катод K + + I - Анод(+) Восстановление KOH окисление анионов молекул воды: иода: 2H 2 O + 2e - = Н 2 + 2ОН - I - - e - = I 0 ; 2I = I 2 Для подбора коэффициентов используем метод электронно-ионного баланса: К(-) 2H 2 O + 2e - = Н 2 + 2ОН - 1 А(+) 2I - - 2e - = I 2 0 ; 1 Суммарно: 2KI + 2H 2 O Н 2 + I 2 + 2KOH электр. ток

Электролиз раствора сульфата натрия Na 2 SO 4 (-)Катод 2Na + + SO 4 2- Анод(+) восстановление окисление молекул воды молекул воды 2H 2 O + 2e - = Н 2 + 2ОН - 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + щелочная среда кислая среда Суммарно: 2H 2 O 2H 2 + O 2 Вывод: электролиз данной соли сводится к разложению воды; соль необходима для увеличения электропроводности, так как чистая вода является очень слабым электролитом. электр. ток

Применение электролиза Электрометаллургия: а) получение активных металлов (K, Na, Ca, Mg, Al и др.) электролизом расплавов природных соединений; б) получение металлов средней активности (Zn, Cd, Co) электролизом растворов их солей. В химической промышленности – получение газов: F 2, Cl 2, H 2, O 2 ; щелочей: NaOH, KOH; пероксида водородаH 2 O 2, тяжелой воды D 2 O и др.химической промышленности Электролитическое рафинирование – очистка металлов (Cu, Pb, Sn и др.) от примесей электролизом с применением активных (растворимых) анодов.рафинирование Гальваностегия – нанесение металлических покрытий на поверхность металлического изделия для защиты от коррозии или придания декоративного вида. Например, оцинковка, хромирование, никелирование и пр.Гальваностегия Гальванопластика – получение металлических копий с различных матриц, а также покрытие неметаллических предметов слоем металлов. Последний процесс (золочение деревянных статуй и ваз) был известен еще в Древнем Египте, но научные основы гальванопластики были заложены русским ученым Б. Якоби в 1838 г.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА: получение чистых металлов (Алюминий, магний, натрий, кадмий получают только электролизом) 16

ПОЛУЧЕНИЕ ЩЕЛОЧЕЙ, ХЛОРА, ВОДОРОДА 17

ОЧИСТКА МЕТАЛЛОВ 18

Электролитическое рафинирование (очистка) меди. Неочищенная медь, которая является анодом, растворяется, т. е. переходит в раствор соли меди в виде ионов. Энергия электрического тока расходуется на перенос этих ионов к катоду, их восстановление и осаждение чистой меди (степень чистоты – 99,95%). Примеси (Ag, Au и другие благородные металлы), которые имеют больший стандартный электродный потенциал, не окисляются, а выпадают в осадок на дне ванны, тем самым окупая расходы на проведение рафинирования меди. Данный процесс – одно их старейших электрохимических производств. Впервые этот метод был применен в России в 1847 г.

ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ (ПРИ ЭТОМ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ НАНОСЯТ ТОНКИЙ СЛОЙ ДРУГОГО МЕТАЛЛА, УСТОЙЧИВОГО К КОРРОЗИИ). ЭТОТ РАЗДЕЛ ГАЛЬВАНОТЕХНИКИ НАЗЫВАЕТСЯ ГАЛЬВАНОСТЕГИЯ (ОТ ГАЛЬВАНО... И ГРЕЧ. STEGO - ПОКРЫВАЮ) 20

Гальваностегия

КОПИРОВАНИЕ РЕЛЬЕФНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ. ГАЛЬВАНОПЛАСТИКА ПОЗВОЛЯЕТ СОЗДАВАТЬ ДОКУМЕНТАЛЬНО ТОЧНЫЕ КОПИИ БАРЕЛЬЕФОВ, МОНЕТ, ГЕРБОВ, МЕДАЛЕЙ, ЭМБЛЕМ И Т.Д. ШИРОКО ПРИМЕНЯЕТСЯ ПРИ РЕСТАВРАЦИИ. 22

Итоговое тестирование 1. Расплав какого вещества подвержен электролизу? а – оксид кальция б – парафин в – глюкоза г – азот 2. Что следует подвергнуть электролизу для получения хлора? а – хлорную воду б – раствор хлората калия в – расплав хлорида калия г – хлор электролизом не получают 3. Цвет лакмуса в околокатодном пространстве при электролизе раствора бромида натрия а – малиновый б – фиолетовый в – красный г – синий 4. Какое вещество нельзя получить при электролизе раствора поваренной соли? а – Na б – H 2 в – Cl 2 г – NaOH 5. При электролизе раствора сульфата цинка с инертными электродами на аноде выделяется а – Zn б – O 2 в – H 2 г – SO 2 6. При электролизе раствора нитрата меди(II) с медными электродами на аноде будет происходить а – выделение NO 2 б – выделение меди в – выделение O 2 г – растворение анода

Итоговое тестирование 7. Расставьте анионы в порядке уменьшения их восстановительной активности. Ответ запишите в виде последовательности букв. А – Cl- Б – F- В – I- Г – OH- 8. Вставьте в предложение пропущенные слова: «При никелировании предмет, на который наносят слой никеля, надо соединять с... полюсом батареи, чтобы он выступал в качестве... ».