Уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов солей

Уравнения и схемы процессов электролиза, протекающих на катоде и аноде

Электролиз воды

Вода является слабым электролитом, из-за чего процесс будет протекать очень медленно.

Общее уравнение реакции: 2H2O => 2H2 + O2.

Схема водного электролиза:

Анод

Катод

2H2O => O2 + 4H+ + 4e–

4H+ + 4e– => 2H2

3H2O => O3 + 6e– + 6H+

O2 + 2H2O + 2e– => H2O2 + 2OH–

Электролиз расплавов солей

Данную разновидность реакции можно рассмотреть на примере расплава гидроксида натрия, то есть NaOH.

Диссоциация гидроксида

NaOH => Na+ + OH-

Окислительный и восстановительный процессы

4OH- — 4ē => 2H2O + O2↑ (окисление)

Na+ + 1ē => Na0 (восстановление)

Электролиз

4NaOH => 4Na + 2H2O + O2

Электролиз растворов солей

Явление можно рассмотреть на примере поваренной соли, имеющей формулу NaCl.

Схема с использованием инертных электродов:

Диссоциация соли

NaCl => Na+ + Cl-

Окислительный и восстановительный процессы

2Cl- — 2ē => Cl2

2H2O + 2ē => H2↑ + 2OH-.

Электролиз

2NaCl + 2H2O => H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH.

Таким образом, продуктом химической реакции было получение гидроксид натрия.

Также следует отметить такую особенность солей карбоновых кислот, как их способность к декарбоксилированию, как например реакция с ацетатом калия:

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

Электролиз веществ — одна из важнейших тем при изучении химии как неорганической, так и органической. Нужно научиться решать подобные задачи для полного понимания химических процессов и метаморфозов веществ.

Таблица изменения веществ с помощью электролиза

Усиление восстановительных способностей веществ:

Na+

Mg2+

Al3+

Zn2+

Fe3+

Ni2+

Sn2+

Pb2+

H+

Cu2

Ag+

Натрий

Магний

Алюминий

Цинк

Железо

Никель

Олово

Свинец

Водород

Медь

Серебро

Усиление окислительных способностей веществ:

I-

Br-

Cl-

OH-

NO3-

CO32-

SO42-.

Йодид (соли, образованные йодоводородной кислотой)

Бромид (соли, образованные бромоводородной кислотой)

Гидроксид

Нитрат (соли, образованные азотной кислотой)

Карбонат (соли, образованные угольной кислотой)

Сульфат (соли, образованные серной кислотой)

Катод (отрицательный)

Анод (положительный)

Восстановление катионов после водорода

Окисление анионов кислот, не содержащих кислорода

Восстановление катионов, имеющих среднюю активность

Окисление анионов оксокислот

Восстановление наиболее активных катионов

Окисление анионов гидроксидов

Восстановление катионов водорода

Побочные процессы на катоде и в электролите

При электролитическом способе получения алюминия, кроме рассмотренных выше основных процессов, протекают некоторые побочные процессы, которые могут приводить к потере металла, повышению расхода электроэнергии, ухудшению качества металла, изменению состава электролита и т. д.; важнейшие из них: растворение алюминия, образование карбида алюминия, пропитывание футеровки ванны электролитом.

Процесс электролиза иногда упрощенно записывают без учета восстановления воды на катоде, так как количество электричество, расходуемое при этом незначительно:

2Cr2(SO4)3(p) + 6H2O → 4Cr + 3O2↑ + 6H2SO4

Если учесть гидролиз соли Cr2(SO4)3 , то на катоде вместо восстановления воды необходимо записывать процесс восстановления ионов водорода, при этом окончательная реакция электролиза не будет отличаться от написанного.

Получение ферратов анодным окислением железа в щелочном

электролите

Электродные процессы:

катод: 2H2O + 2Д“ = H2↑ + 2ОН — 3

анод: Feo — 6Д“ = Fe+6 1

В растворе: Fe+6 + 4ОН — = FeО42- + 4Н+

Суммарные электродные процессы:

катод: 2H2O + 2Д“ = H2↑ + 2ОН — 3

анод: Feo + 4ОН — — 6Д“ = FeО42- + 4Н+ 1

В окончательном виде: Feo + 2H2O + 2ОН — = FeО42- + 3H2↑

Feo + 2H2O + 2КОН = К2FeО4 малиновый + 3H2↑

Марганец можно получить электролизом раствора MnSO4:

2MnSO4(р) + 2H2O = 2Mn↓катод + O2↑ анод + 2H2SO4

Хром можно получить электролизом раствора Cr2(SO4)3

2Cr2(SO4)3(p) + 6H2O → 4Cr + 3O2↑ + 6H2SO4

Электролизом раствора (NH4)2SO4 в серной кислоте получают H2O2

катод: 2H+ + 2Д“ = H2↑ 1

анод: 2HSO4- -2Д“ = H2S2O6(O2) 1

2H+ + 2HSO4- = H2↑ + H2S2O6(O2) ,

2) затем идет реакция:

H2S2O6(O2) + 2NH4+ = (NH4)2S2O6(O2)↓ + 2H+,

3) далее проводят гидролиз:

(NH4)2S2O6(O2) + 2H2O = 2NH4HSO4 + H2O2

II. Электролиз расплавов солей

Необходимо помнить, что при плавлении солей и щелочей происходит их электролитическая диссоциация. Если теперь через такой расплав электролита пропустить постоянный электрический ток, катионы перемещаются к катоду и восстанавливаются, а анионы окисляются на аноде.

На катоде катионы металлов восстанавливаются по схеме:

Меn+ + nД“ = Meо

Окисление кислородсодержащих анионов на аноде протекает сложнее, чем бескислородных:

Э n — — nД“ = Эо

4ОН — в€’ 4Д“ = О2 + 2Н2О, 2SO42- в€’4Д“ = 2SO3 + O2o,

2CO32- в€’4Д“ = 2CO2 + O2o, 2NO3- в€’2Д“ = 2NO2 + O2o

2SO32- в€’4Д“ = 2SO2 + O2o, 2PO43- в€’4Д“ = 2PO3- + O2o

Электролизом расплавов соответствующих солей или их гидроксидов получают металлы: щелочные и щелочноземельные, магний, медь, алюминий и др.

Электрохимический способ получения фтора в расплавах:

1)В  HF + KF, при 70-100 оС;

2)В  HF в расплаве KH2F3 , при 80-120 оС

3)В  HF в расплаве KHF2 , при 240-300 оС

Электролизу подвергается во всех случаях HF:

1) в расплаве происходит электролитическая диссоциация и

автопротолиз HF:

3HFрасплав ↔ H2F+ + HF2- (автопротолиз) (1)

2) электродные процессы:

катод: 2H2F+ + 2Д“ = H2о + 2HFо 1

анод: 2HF2- — 2Д“ = F2о + 2HFо 1

2H2F+ + 2HF2- = F2о + H2о + 4HFо

2HF(расплав) = H2 + F2

Электролиз расплава гиидроксида натрия

NaOH(расплав) = Na+ + ОН —

катод: Na+ + Д“ = Naо 4

анод: 4ОН — — 4Д“ = О2↑ + 2H2O 1

pandia-next-page.jpg Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:

12 3 45678

Подпишитесь на рассылку:

rassylka.png

  • ектролиз
  • ектролиз растворов и расплавов электролитов
  • ектролиз хлорида алюминия

Второй закон Фарадея

Данное правило, установленное Фарадеем, указывает на зависимость между атомной массой вещества, количеством возможных химических связей и самим электрохимическим эквивалентом. 

Таким образом, электрохимический эквивалент прямо пропорционален атомной массе вещества, но валентности вещества он обратно пропорционален.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий