Електроліз - приклад

Електроліз — визначення, правила застосування, схеми процесу



Величезною популярністю в металургії та хімічній промисловості користується такий фізико-хімічний процес, як електроліз. Даний процес відбувається за допомогою електролізера. Щоб зрозуміти принцип його дії, потрібно вивчити визначення, нюанси і особливості явища.

Поняття електролізу

Поняття електролізу

Електроліз – це процес, який виникає при впливі електричного струму на електроліт і полягає у виділенні електродами складових частин.

Значення явища полягає в тому, що шляхом впливу електрики на іони можна організовувати нові форми, структури або навіть самі речовини.

Це дозволяє людині контролювати деякі процеси, що протікають на молекулярному рівні. Закони даного явища в хімії і фізиці відкрив англійський вчений Фарадей.

Явище відбувається за участю електродів, які діляться на катод і анод:

  • катод – електрод з негативним зарядом, на якому відбувається відновлення катіонів;
  • анод – електрод з позитивним зарядом, де відбувається окислення аніонів.

Прилади найчастіше виготовляються з матеріалів, що пропускають електричний струм, наприклад, з графіту або більшості металів. Обидва прилади підключаються до негативного і позитивного полюсів відповідно.

Явище електролізу відбувається в наступному порядку:

  • Дисоціація.
  • Електроліз.

Дуже важливо не плутати такі близькі визначення, як гідроліз і електроліз. Першим явищем вважається розкладання розчину речовини на іони (заряджені частинки) у воді.

Перший закон Фарадея

Перший закон Фарадея

Встановлений Фарадеєм перший закон говорить про пряму пропорційність між масою речовини, що виділилася в ході електролізу, і величиною заряду, який пройшов через електроліт.

Правило підкріплено формулою m = k * q, тобто добуток заряду речовини на його електрохімічний еквівалент, що дорівнює його масі.

Перевірка першого закону Фарадея відбувається наступним чином:

  • потрібно взяти три будь-яких електроліту, наприклад, А, Б і В і пропустити струм через кожен;
  • якщо речовини одні й ті ж, то маси, що виділилися, можна назвати Г, Г₁ і Г₂;
  • при цьому буде правильною наступна рівність: Г= Г₁ + Г₂.

Другий закон Фарадея

Другий закон Фарадея

Дане правило, встановлене Фарадеєм, вказує на залежність між атомною масою речовини, кількістю можливих хімічних зв’язків і самим електрохімічним еквівалентом.

Таким чином, електрохімічний еквівалент прямо пропорційний атомній масі речовини, але валентності речовини він обернено пропорційний.

Таблиця зміни речовин за допомогою електролізу

Посилення відновлювальних здібностей речовин:

Na⁺ Mg₂⁺ Al₃⁺ Zn₂⁺ Fe₃⁺ Ni₂⁺ Sn₂⁺ Pb₂⁺ H⁺ Cu₂ Ag⁺
Натрій Магній Алюміній Цинк Залізо Нікель Олово Свинець Водень Мідь Срібло

Посилення окислювальних здібностей речовин:

I⁻ Br⁻ Cl⁻ OH⁻ NO₃⁻ CO₃²⁻ SO₄²⁻.
Йодид (солі, утворені йодоводневою кислотою) Бромід (солі, утворені бромоводневою кислотою) Хлорид (солі, утворені соляною кислотою)

Гідроксид Нітрат (солі, утворені азотною кислотою) Карбонат (солі, утворені вугільною кислотою) Сульфат (солі, утворені сірчаною кислотою)

Катод (негативний) Анод (позитивний)
Відновлення катіонів після водню Окислення аніонів кислот, що не містять кисню
Відновлення катіонів, що мають середню активність Окислення аніонів оксикислот
Відновлення найбільш активних катіонів Окислення аніонів гідроксидів
Відновлення катіонів водню

Рівняння і схеми процесів електролізу, що протікають на катоді і аноді

Вода є слабким електролітом, через що процес буде протікати дуже повільно.

Загальне рівняння реакції:

2H₂O => 2H₂ + O₂.

Схема водного електролізу:

Анод Катод
2H2O => O2 + 4H+ + 4e⁻ 4H+ + 4e⁻ => 2H2
3H2O => O3 + 6e⁻ + 6H+ O2 + 2H2O + 2e– => H2O2 + 2OH⁻

Електроліз розплавів солей

Даний різновид реакції можна розглянути на прикладі розплаву гідроксиду натрію, тобто NaOH.

Дисоціація гідроксиду NaOH => Na⁺ + OH⁻
Окислювальний і відновний процеси 4OH- – 4ē => 2H2O + O2↑ (окислення)

Na+ + 1ē => Na0 (відновлення)

Електроліз 4NaOH => 4Na + 2H2O + O2

Електроліз

Електроліз розчинів солей

Явище можна розглянути на прикладі кухонної солі, що має формулу NaCl.

Схема з використанням інертних електродів:

Дисоціація солі NaCl => Na⁺ + Cl⁻
Окислювальний і відновний процеси 2Cl- – 2ē => Cl2

2H2O + 2ē => H2↑ + 2OH-.

Електроліз 2NaCl + 2H2O => H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH.

Таким чином, продуктом хімічної реакції було отримання гідроксиду натрію.

Також слід зазначити таку особливість солей карбонових кислот, як їх здатність до декарбоксилювання, як наприклад реакція з ацетатом калію:

2CH3COOK + 2H2O => H+ 2KOH + CH3-CH3­ + 2CO2­.

Електроліз речовин – одна з найважливіших тем при вивченні хімії як неорганічної, так і органічної. Учню потрібно навчитися вирішувати подібні завдання для повного розуміння хімічних процесів і метаморфозів речовин.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *