Электролиз растворов и расплавов электролитов.
ЭЛЕКТРОЛИЗ – это процесс разложения расплавов и растворов электролитов под действием электрического тока.
В раствор или расплав какого-либо электролита опускают электроды: катод (-) и анод (+).
При этом ионы, образовавшиеся при диссоциации электролита, движутся к электродам и разряжаются на них, принимая или отдавая электроны.
Электролиз расплавов.
1)Расплав хлорида натрия. Он содержит катион натрия и анион хлора.
| катод: | Na+ + 1e à Na0 | На катоде: разряжается КАТИОН натрия: | |
| анод: | 2Cl- - 2e à Cl20 | На аноде: разряжается АНИОН хлора: |
Cуммарное уравнение электролиза: 2NaCl (расплав) 2Na + Cl2
Расплав гидроксида натрия.
4NaOH (расплав) 4Na + O2 + 2H2O
| катод: | Na+ + 1e à Na0 | 4 |
| анод: | 4ОН- - 4e à O2 + 2H2O | 1 |
Расплав оксида алюминия в криолите.
Криолит – Na3[AlF6] используют для уменьшения температуры плавления оксида алюминия.
Электролиз проводится на графитовых электродах, при этом часть электрода сгорает в выделяющемся кислороде, выделяются оксиды углерода.
2Al2O3 (расплав) 4 Al + 3O2
Электролиз растворов электролитов с инертными электродами.
| Катодный процесс-разрядка катиона зависит от положения в электрохимическом ряду напряжений. | Анодный процесс |
| 1. Металлы правее Н: разряжаются на катоде ® Ме¯ | 1. Анионы бескислородных кислот (кроме F-) – разряжаютсядо простого вещества: S2- >I- >Br ->Cl- |
| 2. Металлы от Al до Н: идёт два параллельных процесса: а) разрядка металла ® Ме¯ б) разрядка воды: ® Н2 | 2. Анионы кислородсодержащих кислот и F- не разряжаются, идёт разрядка воды: ® О2 |
| 3. Если в растворе ионы Н+- они разряжаются до Н2 | 3. Если есть ОН- он разряжается с выделением О2 |
| 4. Металлы левее алюминия – НЕ РАЗРЯЖАЮТСЯ, идёт разрядка воды: ®Н2 | 4. Анионы карбоновых кислот – реакция Кольбе. Происходит процесс декарбоксилирования и выделяется алкан (в результате сдваивания алкильных радикалов). Пример: 2CH3COO- -2e à 2CO2+ CH3-CH3 |
Примеры:
|
|
1) раствор хлорида натрия. NaCl + H2O
| 2Н2О +2е à H2 + OH- | 1 | катод: около катода Na+ и H2O. Натрий левее Al, поэтому идёт разрядка воды. |
| 2Cl- - 2e à Cl2 | 1 | анод: около анода хлорид-анион и вода. Разряжается ион Cl- |
Cуммарное уравнение электролиза:
2NaCl + 2H2O Сl2 + H2 + 2NaOH
На электродах выделяются газообразные продукты – хлор и водород, в растворе накапливается гидроксид натрия.
2) раствор сульфата меди (II) CuSO4 + H2O
| Cu2+ +2е à Cu | 1 | катод: около катода Cu2+ и H2O.Медь левее Н, поэтому она сама будет разряжаться на катоде: |
| 2H2O - 4eàO2+ 4H+ | 1 | анод: около анода – сульфат- анион и вода. Разряжается вода. |
Cуммарное уравнение электролиза:
CuSO4 + H2O Cu + O2 + H2SO4
На катоде выделяется металл – медь, на аноде – газообразный кислород, в растворе накапливается серная кислота.
Электролиз растворов солей с растворимым анодом.
Если анод из того же металла, что и металл в составе соли (например, медный анод в растворе сульфата меди), то на аноде не происходит разрядки воды или аниона. Происходит процесс РАСТВОРЕНИЯ АНОДА: Ме+n + nē = Ме0
Пример: электролиз раствора сульфата никеля с никелевыми электродами.
катод: Ni2+ + 2ē = Ni0
анод: Ni0 - 2ē = Ni2+
В3. Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот).
1. Какое из веществ дает одинаковые продукты при электролизе водного раствора и расплава? 1) СuСl2 2) КВr 3) КОН 4) AgNO3
|
|
2. Электролиз раствора сульфата меди описывается уравнением:
1) СuSО4 + 2Н2О = Сu(ОН)2 + Н2SО4 2) 2СuSО4 = 2СuО + SО2 + О2
3) 2Н2O = 2Н2 + O2 4) 2СuSО4 + 2Н2О = 2Сu + 2Н2SО4 + О2
3.При электролизе водного раствора нитрата марганца (II) на катоде выделяются
1)марганец 2) кислород 3)марганец и водород 4) марганец и кислород
4.Кислород выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1)хлорида меди (II) 3) бромида цинка
2) алюмокалиевых квасцов 4) сульфида натрия
5.Кислород выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1)хлорида натрия 3) йодида натрия 2)бромида натрия 4) фторида натрия
6. При электролизе раствора соли меди (II) выделяется кислород. Какая это соль?
1) Бромид 2) Нитрат 3) Хлорид 4) Сульфид
7. При электролизе раствора хлорида калия вблизи катода среда
1) щелочная 2) кислая 3) нейтральная 4)соленая
8.Электролиз водного раствора соли можно использовать для получения
1)кальция 2) бария 3) цинка 4) лития
9. Только газообразные продукты выделяются на катоде и аноде при электролизе водного раствора 1) МnСl2 2) КСl 3) Cr2(SO4)3 4) Cu(NO3)2
10.Электролиз водного раствора соли нельзя использовать для получения
1)магния 2) меди 3) цинка 4) хрома
11.Кислород выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1) нитрата лития 4) бромида хрома (III)
2)хлорида меди (II) 5) фторида натрия
3)сульфата железа (II) 6) йодида бария
12.Кислород не выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1)сульфида лития 4) хлорида хрома (III)
2)сульфата цинка 5) фторида калия
3)нитрата никеля (II) 6) бромида кальция
13. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах:
|
|
| ФОРМУЛЫВЕЩЕСТВ | ПРОДУКТЫЭЛЕКТРОЛИЗА |
| А) KBr Б) KOH В) MgSO4 Г) CuSO4 | 1)Cu, O2, H2 2) Cu, O2 3) H2, O2 4) H2, Br2 5) Mg, O2, H2 6) K, O2, H2 |
14. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах.
| ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА | ПРОДУКТЫЭЛЕКТРОЛИЗА |
| A)АlСl3 Б) RbOH B) Hg(NО3)2 Г) АuСl3 | 1) металл, галоген 2) гидроксид металла, хлор, водород 3) металл, кислород 4) водород, галоген 5) водород, кислород 6) металл, кислота, кислород |
9.Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на катоде в результате электролиза водного раствора этого вещества.
| ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА | ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
| А) KBr Б) K2SO4 В) HNO3 Г) AgNO3 | 1) водород 2) калий 3) серебро 4) кислород 5) сера 6) оксид азота (IV) |
10. Установите соответствие между формулой соли и уравнением процесса, протекающего на аноде при электролизе её водного раствора.
| ФОРМУЛА СОЛИ | УРАВНЕНИЕ АНОДНОГО ПРОЦЕССА |
| A) KBr Б) AlCl3 B) CuSO4 Г) AgNO3 | 1) 2H2O – 4eà O2+4H+ 2) 2H2O + 2e à H2 + 2OH- 3) 2Cl- - 2e à Cl2 4) 2Br--2e à Br2 5) SO42- – 2e à SO2 + O2 6) 2NO3- – 2e à 2NO2+ O2 |
11. Установите соответствие между формулой соли и уравнением анодного процесса в водном растворе.
| ФОРМУЛА СОЛИ | УРАВНЕНИЕ АНОДНОГО ПРОЦЕССА |
| A) Al(NО3)3 Б) CuCl2 B) SbCl3 Г) Cu(NО3)2 | 1) 2H2О - 4е à О2+ 4H+ 2) 2H2О + 2е à H2+ 2ОH- 3) 2Cl- -2е à Cl2 4) Sb3++ 3е à Sb0 5) Cl- + 4H2О – 8е à ClO4- + 8H+ 6) 4NО3- - 4е à 2N2О + 5О2 |
25. Установите соответствие между формулой соли и продуктами, образующимися на аноде при электролизе его водного раствора.
| Формула соли | Продукты на аноде |
| A)CH3COONa Б) Cu(NO3)2 B)K2SO3 Г) АlСl3 | 1) металл 2) кислород 3) оксид серы (IV) 4) этан, углекислый газ 5) галоген 6)оксид азота (IV) |
Коррозия металлов.
Коррозия – это разрушение металлов и металлических конструкций под воздействием различных факторов окружающей среды – кислорода, влаги, вредных примесей в воздухе.
Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.
1) Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности;
2) Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии;
3) Металлы с рыхлой оксидной плёнкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.
Различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия происходит при воздействии на металл сухих газов, её называют газовой. 3Fe + 2O2 = Fe3O4
В аппаратах химических производств возможны процессы:
Fe + 2HCl à FeCl2 + H2
2 Fe + 3Cl2 à 2FeCl3
Электрохимическая коррозия – разрушение металла в присутствии воды и кислорода, либо в растворах электролитов.
В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе.