Презентація "Електроліз"

Пригадайте, ви це знаєте!

Метали в природіДеякі метали трапляються у природі у вільному стані (самородні), але найчастіше – у зв’язаному. У самородному стані можуть існувати малоактивні метали, які стоять у ряду стандартних електродних потенціалів після Гідрогену (Cu, Au, Ag, Hg, Pt). Решта металів зустрічаються лише у формі природних сполук – мінералів. Природні сполуки металів, з яких технологічно можливо та економічнодоцільно добувати метал  називають рудами, до їх складу, крім корисного мінералу входить пуста порода. Самородна мідь. Самородне золото

Способи добування металів. Пірометалургія. Таким способом добувають метали за високих температур, використовуючи як відновники С, СО, Н2. Або комбінуючи кілька методів, наприклад, випалювання сульфідних (переважно) руд з подальшим відновленням оксидів. Так добувають мідь, свинець, нікель. Гідрометалургія. Такі способи передбачають переведення руд у розчин та подальшу хімічні чи електрохімічну обробку для відновлення урану, алюмінію, золота, цинку тощо. Сьогодні близько 20% світового виробництва міді, 50-70% виробництва нікелю і цинку базується на гідрометалургійних способах. Металотермія. Відновлення металів з їх оксидів або галогенідів за допомогою більш активних металів

Електроліз

Електроліз - це сукупність окисно-відновних реакцій, що відбуваються на електродах у розчинах і розплавах електролітів під час пропускання через них електричного струму. Солі – це електроліти, які в розчинах та/або розплавах розпадаються на йони. Якщо у розплав занурити електроди, то хаотичний рух йонів в рочині або розплаві упорядковується. Позитивно заряджені йони рухаються до негативного електрода. Негативно заряджені йони рухаються до позитивного електрода.

Електродикатод. К(-)анод. А(+)окиснення аніонів та гідроксид йоніввідновлення катіонів та йонів Гідрогену. Електрод, з’єднаний з негативним полюсом джерела струму, називається катодом, а з’єднаний з позитивним полюсом – анодом. На катоді відбуваються процеси відновлення, а на аноді - окиснення.

ЕЛЕКТРОЛІЗРОЗПЛАВІВРОЗЧИНІВ

Електроліз розплавів електролітів. Приклад 1 Які процеси окиснення-відновлення перебігають на катоді і на аноді при електролізі розплаву Na. Cl з графітовими електродами?Розв’язування: В розплаві Nа. СІ дисоціює на йони: Nа. СІ → Na+ + Cl- . Катіони під дією електричного струму будуть рухатись до катода і приймати від нього електрони (відновлюватись). На аноді буде відбуватися процес окиснення хлорид-йонів: К(-): Na+ + ē → Na0 2 A(+): 2 Cl-  - 2ē → Cl20 1 2 Na+ + 2 Cl-  2 Na0 + Cl20 2 Nа. СІ 2 Na + Cl2електролізелектроліз

Приклад 2   Які окисно-відновні процеси перебігають на інертних електродах при електролізі розплаву Na. OH? Na. OH → 𝑁𝑎+ + 𝑂𝐻−  Таким чином, біля катоду відновлюється натрій, а на аноді окиснюються ОН--йони

Приклад 3   Електроліз розплаву Са. Сl2: Ca. Cl2 → 𝐶𝑎2+ + 2𝐶𝑙−  Електроліз розплавів має важливе промислове значення. Саме цим методом одержують найактивніші метали: літій, натрій, кальцій та інші речовини (Н2, O2, Сl2).

Електроліз водних розчинів електролітів. Цей процес відбувається дещо складніше, ніж електроліз розплавів, через те що в ньому можуть брати участь і молекули води: К(-): 2 H2 O + 2e- → H2 + 2 OH-  процес відновлення A(+): 2 H2 O - 4e- → O2 + 4 H+  процес окиснення

Щоб правильно визначитися із закономірностями процесів, які відбуваються під час електролізу водних розчинів електролітів, треба брати до уваги таке: 1) на катоді: катіони металічних елементів, що в ряду напруг стоять від літію до алюмінію, не відновлюються; замість них відновлюються молекули води: K(-) : Mg2+ не відновлюються; відновлюються H2 O: 2 H2 O + 2e- → H2↑ + 2 OH-катіони металічних елементів, що в ряду напруг стоять між алюмінієм і воднем, відновлюються одночасно з молекулами води: K(-): Fe2+ + 2e- → Fe0 2 H2 O + 2e- → H2↑ + 2 OH- катіони металічних елементів, що в ряду напруг стоять після водню, відновлюються без участі молекул води: K(-): Cu2+ + 2e- → Cu0 H2 O - не відновлюються

2) на інертному аноді (нерозчинному, виготовленому з графіту, вугілля або платини): першою чергою, окиснюються прості аніони складу S2-, I-, Br-, Cl-: A(+): 2 Cl- - 2e- → Cl20 H2 O - не окиснюються аніони оксигеновмісних кислот CO32-, SO42-, NO3-, PO43- не окиснюються, окиснення зазнають лише молекули води: A(+) : 2 SO42-  -не окиснюються 2 H2 O - 4e- → O2↑ + 4 H+ у лужних розчинах на аноді окиснюються лише гідроксид-іони: A(+): 4 OH- - 4e- → O2↑ + 2 H2 O3) у разі використання розчинних анодів (виготовлених із цинку, нікелю, міді, срібла, тобто металів, що стоять у ряду стандартних електродних потенціалів після алюмінію) окиснюється сам метал, з якого виготовлений анод: A(+) : Cu0 - 2e- → Cu2+

Приклад 4 Які процеси перебігають на електродах при електролізі водного розчину КCl з графітовими електродами?Працюємо самостійно Розгляньте процеси, що протікають біля електродів при електролізі водних розчинів: б) магній броміду.

Приклад 5. Електроліз водного розчину Na2 SO4: Працюємо самостійно. Розгляньте процеси, що протікають біля електродів при електролізі водного розчину кальцій нітрат.

Приклад 6. Електроліз водного розчину натрій сульфіду. Нагадаю, що в розглянутих вище прикладах описано електроліз з використанням інертних електродів, їх виготовляють з графіту, платини, золота, які не беруть участі в електролізі.

Електроліз розчинів з активними електродами. Під час проведення електролізу з використанням активних (таких, що витрачаються) електродів процеси ускладнюються:на аноді, крім окиснення аніонів і гідроксид-йонів, відбувається також окиснення матеріалу анода (анодне розчинення)на катоді, крім відновлення катіонів металічних елементів і йонів Н+, відбувається відновлення катіонів, що утворилися під час окиснення анода.

Розгляньмо електроліз купрум(ІІ) хлориду, коли в якості електродів узято мідні пластинки. У цьому випадку на катоді також буде виділятися мідь, а на аноді, де відбуваються процеси окиснення, замість розрядження хлорид-іонів і виділення хлору відбувається окиснення анода (міді). У цьому випадку продукти окиснення анода — йони 𝐶𝑢2+ — переходять у розчин, а досягаючи катода, осідають на ньому: 

Кількість міді, яка відновлюється на катоді й окислюється при розчиненні анода, однакова. Тому концентрація йонів Сu2+ у розчині залишається незмінною. На катоді виділяється дуже чиста мідь, а домішки, які є в металі анода, залишаються у розчині або (частіше) випадають в осад (шлам). Такий процес називають електролітичним рафінуванням і використовують для очистки міді, нікеля, срібла, свинцю та інших металів від домішок.

Електроліз з активним електродом також є основою гальванопластики — методу одержання точного відбитка виробу будь-якої складної форми та з рельєфною поверхнею

Домашнє завдання. Опрацювати матеріал презентації. Виконати завдання Складіть рівняння реакцій електролізу водних розчинів: а) хлоридної кислоти; б) магній йодиду; в) меркурій нітрату. Наведіть схеми катодного та анодного процесів. При електролізу розплаву літій хлориду виділився хлор об'ємом 3,36 л (н.у.). Обчисліть масу добутого металу, якщо вихід хлору становить 80%, а металу – 90%