Скачать презентацию Электролиз УМК ХИМИЯ Тема лекции Электролиз Лектор Скачать презентацию Электролиз УМК ХИМИЯ Тема лекции Электролиз Лектор

31.ppt

  • Количество слайдов: 23

Электролиз Электролиз

УМК «ХИМИЯ» Тема лекции: Электролиз Лектор – Иванов М. Г. УМК «ХИМИЯ» Тема лекции: Электролиз Лектор – Иванов М. Г.

Цель лекции: изложение основных понятий электролиза водных растворов и расплав электролитовий в рамках современной Цель лекции: изложение основных понятий электролиза водных растворов и расплав электролитовий в рамках современной химической теории Компетенции, формируемые у студента: Умения: q прогнозировать на основе современных представлений о строении атомов и химической связи, реакции, протекающие при электролизе в расплавах и растворах электролитов.

СОДЕРЖАНИЕ Основные понятия Электролиз расплавов электролитов Электролиз водных растворов электролитов Катодные процессы Поведение ионов СОДЕРЖАНИЕ Основные понятия Электролиз расплавов электролитов Электролиз водных растворов электролитов Катодные процессы Поведение ионов металлов Перенапряжение Анодные процессы Перенапряжение Поведение анионов Электролиз с растворимым анодом Законы электролиза Литература

Основные понятия содержание Электролиз – это совокупность окислительно-восстановительных процессов, которые протекают на электродах, помещенных Основные понятия содержание Электролиз – это совокупность окислительно-восстановительных процессов, которые протекают на электродах, помещенных в раствор или расплав электролита, под действием постоянного электрического тока, приложенного от внешнего источника. Основные понятия: Отрицательный полюс источника постоянного тока присоединяют к электроду, который называют катодом; катодом положительный полюс к электроду, который называют анодом

Основные понятия Катод - содержание + Анод Схема простейшего электролизера Основные понятия Катод - содержание + Анод Схема простейшего электролизера

Основные понятия содержание Е = -n. F/ G E > 0, ΔG < 0 Основные понятия содержание Е = -n. F/ G E > 0, ΔG < 0 - самопроизвольный процесс протекает в прямом направлении (гальванический элемент). Если ЭДС будет отрицательной, то самопроизвольное протекание ОВР становится невозможным. E < 0, ΔG > 0 - для проведения реакции в прямом направлении необходимо приложить внешнюю ЭДС (электролиз).

Электролиз расплавов электролитов содержание В простейших бинарных электролитах типа Me. Hal , Me. Hal Электролиз расплавов электролитов содержание В простейших бинарных электролитах типа Me. Hal , Me. Hal 2 (Me – металл IA или IIA группы Пеpиодической системы, Hal – галоген) на катоде выделяется свободный металл, а на аноде – (галоген) При этом на катоде протекает полуреакция восстановления катиона металла: Men+ + ne = Me на аноде - полуреакция окисления галогенид-аниона: 2 Cl- - 2 e = Cl 2

Электролиз расплавов электролитов содержание При электролизе расплава гидродифторида калия (анод – угольный, катод – Электролиз расплавов электролитов содержание При электролизе расплава гидродифторида калия (анод – угольный, катод – никелевый) протекает следующие реакции На катоде: На аноде: 2 НF 2 - + 2 е = Н 2 + 4 F- 2 НF 2 - - 2 е = F 2 + 2 HF 2 НF + 2 е = Н 2 + 2 F- 2 F 2 - - 2 е = F 2

Электролиз водных растворов содержание При электролизе растворов необходимо учитывать присутствие ионов растворителя, которые при Электролиз водных растворов содержание При электролизе растворов необходимо учитывать присутствие ионов растворителя, которые при определенных условиях могут разряжаться на электродах. Так, при электролизе водных растворов, следует учитывать присутствие ионов воды: Н 2 О ↔ Н+ + ОН-

Катодные процессы содержание На катоде идет процесс восстановления окислителя: Ox + ne = Red Катодные процессы содержание На катоде идет процесс восстановления окислителя: Ox + ne = Red Men+ + ne = Me 2 Н+ + 2 е = Н 2 (в кислой среде) 2 Н 2 О + 2 е = 2 ОН- + Н 2 (в нейтральной и щелочной средах)

Катодные процессы содержание При электролизе водных растворов все металлы можно разделить на три группы: Катодные процессы содержание При электролизе водных растворов все металлы можно разделить на три группы: 1. Металлы, осаждение которых на катоде не сопровождается выделением водорода. К ним относятся металлы, стоящие в ряду стандартных потенциалов за водородом (медь, серебро, золото и др. ). 2. Металлы, осаждение которых на катоде сопровождается выделением водорода. В ряду стандартных потенциалов эти металлы находятся между марганцем и водородом (-1, 0 ЕОМеn+/Ме 0). Меn +/Ме 3. Металлы, которые в водных растворах не могут быть получены. В эту группу входят щелочные, щелочноземельные металлы, а также магний и алюминий.

Катодные процессы содержание Выделение водорода на катоде происходит с высоким перенапряжением, в то время Катодные процессы содержание Выделение водорода на катоде происходит с высоким перенапряжением, в то время как перенапряжение при разряде металлов гораздо меньше V Zn 2+ + 2 e = Zn 2 H+ + 2 e = H 2 0 в -0, 763 Е 1 Е 2 С учетом перенапряжения: -1, 1 -ЕК,

Анодные процессы содержание На аноде идет процесс окисления восстановителя: Red – ne = Ох Анодные процессы содержание На аноде идет процесс окисления восстановителя: Red – ne = Ох Me - ne = Men+ Растворимый анод 2 Cl- - 2 e = Cl 2 Разряд анионов 2 Н 2 О – 4 е = О 2 + 4 Н+ В кислой и нейтральной среде 4 ОН- - 4 е = О 2 + 2 Н 2 О В щелочной среде

Анодные процессы содержание Выделение кислорода на аноде происходит с высоким перенапряжением, в то время Анодные процессы содержание Выделение кислорода на аноде происходит с высоким перенапряжением, в то время как перенапряжение при разряде хлора гораздо меньше V 2 Cl- - 2 e = Cl 2 2 H 2 O – 4 e = O 2 + 4 H+ 1, 23 1, 36 E 1 E 2 С учетом перенапряжения: 1, 8 EA, в

Анодные процессы содержание Анионы кислородсодержащих кислот SO 42 -, PO 43 -, NO 3 Анодные процессы содержание Анионы кислородсодержащих кислот SO 42 -, PO 43 -, NO 3 - и др. , в которых центральный атом имеет высшую степень окисления, при электролизе водных растворов не разряжаются. Ионы галогенов: Cl-, Br-, I- в водном растворе легко разряжаются: 2 Hal- - 2 e = Hal 2 Фтор электролизом водных растворов получить невозможно:

Анодные процессы содержание Пpи высоких анодных плотностях тока некотоpые анионы могут окисляться до пеpоксоанионов, Анодные процессы содержание Пpи высоких анодных плотностях тока некотоpые анионы могут окисляться до пеpоксоанионов, напpимеp: 2 SO 42− − 2 e = S 2 O 82− H 2 PO 4− + 2 OH−− 2 e = H 2 PO 5− +H 2 O

Электролиз с растворимым анодом содержание Электролиз с растворимым анодом используют для рафинирования некоторых металлов Электролиз с растворимым анодом содержание Электролиз с растворимым анодом используют для рафинирования некоторых металлов – меди, никеля, серебра, золота, свинца, олова и других, для нанесения защитных и декоративных покрытий на поверхность металлических изделий. Процесс электролитического рафинирования состоит в анодном растворении загрязненного примесями (чернового) металла и последующем его катодном осаждении. Me - ne = Men+

Законы электролиза содержание Установил (1833 -1834) законы электролиза, названные его именем. Фарадей (Faraday) Майкл Законы электролиза содержание Установил (1833 -1834) законы электролиза, названные его именем. Фарадей (Faraday) Майкл (1791 -1867).

Законы электролиза содержание I закон. Масса вещества, окисленного на аноде или восстановленного на катоде, Законы электролиза содержание I закон. Масса вещества, окисленного на аноде или восстановленного на катоде, пропорциональна количеству прошедшего через раствор или расплав электричества. m = k. Q II закон. Массы окисляющихся или восстанавливающихся на электродах веществ при пропускании одного и того же количества электричества пропорциональны их химическим эквивалентам. M(г) = MIT/n. F V(л) = 22, 4 IT/n. F

Законы электролиза содержание Число Фарадея F - это фундаментальная постоянная, равная заряду одного моля Законы электролиза содержание Число Фарадея F - это фундаментальная постоянная, равная заряду одного моля электронов. F = e·NA = 1, 60218· 10 -19 Кл· 6, 022045· 1023 моль-1 = 96484, 6 Кл/моль ≈ ≈ 96500 Кл/моль e – заряд одного электрона NA – число Авогадро

Выводы и заключения содержание Электролиз является важнейшей является частью неорганической химии. Знание законов электролиза, Выводы и заключения содержание Электролиз является важнейшей является частью неорганической химии. Знание законов электролиза, определяющих зависимость между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, выделяющимся на электроде позволяет, а также понятие электродного потенциала позволяет охарактеризовать электрохимические процессы.

Список литературы n n n содержание 1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. Список литературы n n n содержание 1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. М. : Высшая школа. 2002. 2. О. М. Полторак, Л. М. Ковба. «Физико-химические основы неорганической химии» . М. : МГУ, 1994. 3. В. И. Горшков, И. А. Кузнецов. «Физическая химия» . М. : МГУ, 1993. 4. А. Джонсон. Термодинамические аспекты в курсе неорганической химии. М. : Мир. 1985. 5. Анорганикум. Под ред. Л. Кольдица. М. Мир. 1984. Т. 1. 6. Хьюи Дж. Неорганическая химия. Строение вещества и реакционная способность. М. , Химия, 1987. 7. Фичини Ж. , Ламброзо-Бадер Н. , Депезе Ж. -К. Основы физической химии. М. Мир. 1972. стр. 276 -283. 8. Дж. Кемпбел. Современная общая химия. М. : Мир. 1975 г. Т. 2. стр. 90. гл. 20. , Т 3. 9. Дикерсон Р. , Грей Г. , Хейт Дж. Основные законы химии. М. : Мир, 1982. Т. 2. 10. Б. Б. Дамаскин, О. А. Петрий. Электрохимия. М: Высшая школа, 1987. 11. CRC Hand book of Chemistry and Physics. 82 издание. 2001 -2002.