Презентация по теме "Электролиз"

ЭЛЕКТРОЛИЗ

Электролиз
Электролиз- это совокупность окислительно-восстановительных процессов протекающих при прохождении электрического тока через электролит с погруженными в него электродами
Электролиз возможен только для растворов и расплавов электролитов, когда в системе присутствуют ионы
Анодом является положительно заряженный (+) электрод, на нем протекает реакция окисления
Катодом является отрицательно заряженный (-) электрод, на нем протекает реакция восстановления
Потенциал ( напряжение) разложения – минимальное значение внешней разности потенциалов, при которой начинается электролиз данного соединения (для каждого вещества это const)
Для увеличения скорости электролиза к электродам прикладывают разность потенциалов, превышающую напряжение разложения
Тип электродного процесса зависит от состава электролита, материала электродов температуры, напряжение, плотности тока и др.

Типы электролиза
Электролиз с химическим разложением электролита
Электролиз с нерастворимым ( инертным ) анодом
Нерастворимые аноды : золото, платина, графит, титан и др.
Электролиз водных растворов HBr, CuCl₂
Электролиз с химическим разложением растворителя
Электролиз с нерастворимым ( инертным ) анодом
Нерастворимые аноды : золото, платина, графит, титан и др.
Электролиз водных растворов КОН, Na2SO 
Электролиз растворов солей металлов с растворимыми анодами, изготовленными из этих же металлов

Электролиз с растворимым анодом
Растворимые аноды : медь, серебро, олово и др.
Электролиз водных растворов CuSO с медными и AgNO с серебряными электродами соответственно 

Электролиз расплавов электролитов
В расплавах электролитов существует по одному виду катионов и анионов, которые разряжаются на электродах
Катионы движутся к катоду (-) и принимают от него электроны – восстанавливаются
Анионы движутся к аноду (+) и отдают ему электроны – окисляются
Примеры : электролиз расплавов хлоридов металлов, щелочей и др.

Электролиз растворов электролитов
В электродных реакциях наряду с ионами растворённой соли участвуют молекулы воды, катионы водорода и гидроксид – ионы
Из электродных процессов наиболее вероятен тот, осуществление которого связано с минимальной затратой энергии
На катоде первым восстанавливается наиболее сильный окислитель
На аноде первым окисляется наиболее сильный восстановитель 

Катодные процессы в водных растворах электролитов
 Электрохимический ряд напряжений металлов 

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 – 2ē = Cu2+
б) Если анод инертный, то в случае бескислородных анионов (кроме фторидов) идет окисление анионов: 2Cl⁻ – 2ē = Cl₂⁰

Анодные процессы в водных растворах электролитов

Анион кислотного остатка Аm-

Схема электролиза раствора ZnSO4:
ZnSO4  Zn2+ + SO42–
Cуммарная реакция:
2ZnSO4 + 4H2O  Zn + H2 + Zn(OH)2 + O2 + 2H2SO4

CuCl2  Cu2+ + 2Cl–.
Схема электролиза раствора CuCl2
Катод (–): Cu2+ + 2 ē  Cu 1
Анод (+): 2Cl- - 2 ē  Cl2 1



Суммарная реакция: CuCl2  Cu + Cl2

Практическое применение электролиза

Получение алюминия электролизом расплавов

Основным промышленным способом получения алюминия является электролиз его оксида Аl2O3, или глинозема, в расплаве криолита Na3AlF6 с температурой плавления 1009 °С.
Для получения 1 т алюминия электролизом расходуется около 2 т глинозема, 0,6 т угольных электродов, 0,1 т криолита и от 17 000 до 18 000 кВт • ч электроэнергии.

Получение фтора электролизом расплавов
Фтор получают электролизом расплавов фторидов щелочных металлов. Для понижения температуры плавления электролизу подвергают кислые фториды состава KF. 2HF  , что позволяет проводить процесс при 1000С (Тпл. чистого KF составляет 8570С). Материалом для электролизера служат медь, никель или сталь, которые покрываются с поверхности плотной пленкой фторида, препятствующей дальнейшей коррозии. 

Получение натрия электролизом расплавов
При Т>801оС (Тпл NaCl) ионая кристаллическая решетка NaCl разрушается на ионы Na+ и Cl-.
С помощью внешнего источника тока электроды присоединяем электроды к внешнему источнику постоянного тока. К отрицательному электроду будут перемещаться катионы Na+, а к положительному - анионы Cl⁻. На катоде под действием электрического тока будут восстанавливаться катионы, а на аноде окисляться анионы.

Для расчетов используют объединенное уравнение законов Фарадея:

где m – масса вещества, выделившегося на электроде, г;
Мэ – молярная масса эквивалентов вещества, г/моль;
I – сила тока, А;
 – время электролиза, с;
F – число Фарадея, Кл/моль.

где М – молярная масса вещества, г/моль;
n – число электронов, участвующих в электродном процессе
Молярная масса эквивалентов вещества рассчитывается по формуле:

Для расчета объемов газообразных продуктов электролиза в законе Фарадея молярная масса эквивалентов вещества Мэ заменяется на молярный объем эквивалента газа при нормальных условиях (Vэ), который рассчитывается по формуле:
где Vm = 22,4 – это объем, который занимает 1 моль любого газа при нормальных условиях, л;
n – число ē, отданных или принятых 1 моль газа.

При проведении электролиза в реальных условиях, вследствие побочных процессов масса вещества, выделившегося на электроде, оказывается меньше массы, рассчитанной по закону Фарадея. Отношение массы вещества, полученной при электролизе (mпракт.) к массе вещества, рассчитанной по закону Фарадея (mтеор.), выраженное в процентах, называется выходом по току (ВT):