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   Ме^n^++nОН^-= =Ме(ОН)n-католит	Выделяется Н2 или Ме	Me^n^++ne^-=Me^0

 

 

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 (S^2-, 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, SO₄^2-,NO₃^-, СО₂^2-, РО₄^3-), 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 Ас^m-
	Бескислородный	Кислородосодержащий
Растворимый	окисление металла анода Me^0 - ne→Me^n^+ анод раствор
Нерастворимый	Окисление анионов кроме фторидов Ас^m^-- me →Ас^0	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^-, S^2-, Сl^-, ОН^-, SO4^2-, NO3^-, F^-

Решение типовых задач

Задача 1. Написать уравнение электролиза раствора KCl, если анод 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+4 HNO ₃

Вторичный продукт электролиза

б) анод растворимый, серебряный

катод(-) анод(+)

Ag⁺+1e→Ag Ag^0-1e→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.