Электролитические способы получение веществ

1.

«Химик без знания физики подобен человеку, который все
должен искать щупом» М.В.Ломоносов
Учитель химии – Мельситова Татьяна Васильевна
Учитель физики – Кузьменко Елена Валерьевна
г. Владикавказ, 2018

2.

1. Что называется электрическим током?
2.Чем обусловлен электрический ток в
металлах?
3.Какие вы знаете заряженные частицы?
4.На какие группы делятся все вещества по
способности проводить электрический
ток?
5. Какие виды проводников вы знаете?

3.

Электролиты – вещества, растворы или
расплавы которых проводят
электрический ток.
Эти вещества имеют ионную связь или
сильно ковалентно – полярную.
щёлочи (Ме ОН)
кислоты (Н Ко)
соли (Ме Ко)

4.

Электролиз – это
окислительно –
восстановительный процесс,
протекающий на электродах
при прохождении
электрического тока
через расплав или
раствор электролита.

5.

Катионы (+) → катод (-)
Анионы (-) → Анод (+)

6.

6

7.

7

8.

Электроды
Активные
( только анод:
материал анода
окисляется)
Например медный
Инертные
(не окисляются,
например:
графит, уголь,
платина)

9.

Электроды
К–
Катод
(избыток е-)
А+
Анод
(недостаток е-)
К К – подходят катионы
Принимают е – и
восстанавливаются
К А + подходят анионы
Отдают е – и
окисляются

10.

окислительно –
- восстановительным
процессом:
на катоде всегда идёт процесс
восстановления,
на аноде всегда идёт процесс
окисления.

11.

2 вида электролиза:
- электролиз расплавов
- электролиз растворов

12.

Электрическая энергия
Химическая энергия
Расплав
NaCl
Катод(-) <- Na+ + Cl- -> Анод(+)
Na+ + e => Na0
Электролиз
Раст вор
NaCl
Кат од(-) <- N a + + Cl- -> Анод(+)
H2 О
2Cl- => Cl20 + 2e
Восстановление
Окисление
2Na+
2H2 О + 2e => H2 +
2OH-
2 Cl- => Cl2 + 2e
Восстановление
Окисление
Основные положения электродных процессов
1. На катоде:
Li, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Zn2+, Cr3+, Fe2+, Ni2+, Sn2+,
Al3+
Pb2+
Не восстанавливаются,
выделяется H2
H+
Cu2+, Ag+, Hg2+, Pt2+, Au3+
Возможно выделение Me и H2
Восстанавливаются, выделяется
Me
2. Анодные процессы
а) Растворимый анод (Cu, Ag, Ni, Cd) подвергается окислению Me =>Men+ +ne
б) На нерастворимом аноде (графит, платина) обычно окисляются анионы S -, J-, Br-, Cl-, OH- и
молекулы H20:
2J- =>J20 + 2e;
4OH- =>O2 +2H2O +4e;
2H2O =>O2 +4H+ +4e

13.

Правила восстановления катионов на катоде:
Li
K
Ca
Na
Mg
Al
Li + K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+
Mn
Zn
Fe
Ni
Sn
Pb
Cu
Hg
Ag
Pt
Au
Mn2+ Zn 2+ Fe2+ Ni2+ Sn2+Pb2+
Cu2+ Hg2+2 Ag+ Pt2+ Au3+
2 H2O + 2 ẽ = H2↑ + 2 OH-
Mn++ n ẽ = M0
2H2O + 2ẽ=H2↑+2 OH-
Mn++ n ẽ = M0
Активные металлы - не
восстанавливаются,
восстанавливается вода
Восстанавливаются
катионы металлов и вода
Неактивные металлы восстанавливаются катионы
металлов

14.

Процесс на катоде не зависит от
материала катода, а зависит от
положения металла в
электрохимическом ряду
напряжений.

15.

А+
I-
Br-
S2- Cl-
Нерастворимый
анод
остаются
OH-
окисление аниона
SO42-
4ОН- - 4е-
( Коn- )
Kon- - ne- = Koo
CO32-
NO3-
F-
2 Н 2 О - 4 е - = О2 + 4 Н +
= 2 Н2О +
( анионы Коn-
+ O2 в растворе )
Растворимый
Происходит окисление металла анода
анодМео – n e- = Men+
анод
р-р

16.

1.
2.
Если анод нерастворимый, т.е.
инертный (уголь, графит, платина,
золото), то результаты зависят от
анионов кислотных остатков.
Если анод растворимый ( железо, медь,
цинк, серебро и все металлы, которые
окисляются в процессе электролиза),
то независимо от природы аниона
всегда идёт окисление металла анода.

17.

Сущность электролиза
состоит в том, что за счёт
электрической энергии
осуществляется химическая
реакция, которая не может
протекать самопроизвольно.

18.

Закон Фарадея для электролиза:
Масса вещества, выделившегося на
электроде, прямо пропорциональна
заряду
,
прошедшему
через
электролит:
Майкл Фарадей (1791 – 1867)
m kIt
m kq
m – масса вещества (кг)
I – сила тока (А)
t – время прохождения тока (с)

19.

k - электрохимический эквивалент – величина
равная отношению массы m0 иона данного вещества
к его заряду q0.
m0 N A
1
M
m0
k
q0 neNA F n
m0 и q0 – масса и заряд одного иона;
n – валентность иона
е = 1,6·10-19 Кл – элементарный заряд (заряд электрона)
NA – постоянная Авогадро
NA = 6,022·1023 моль–1
M = m0NA – молярная масса вещества;

20.

F = eNA – постоянная Фарадея величина, численно равная заряду, который необходимо
пропустить через электролит для выделения на электроде
одного моля одновалентного вещества.
4
F NA e 9.65 10Кл / мол ь
Тогда Закон Фарадея для электролиза принимает
вид:
m – масса вещества (кг)
М – молярная масса (кг/моль)
1 M
m I t n – валентность
F n
I – сила тока (А)
t – время прохождения тока (с)

21.

F N A e 9.65 10 Кл / моль
4
При серебрении
деталей через
электролит проходит
ток силой 5 А на
протяжении 15 мин.
Какое количество
серебра было
израсходовано?
Электрохимический
эквивалент серебра
1,118 • 10-6 кг/Кл.
На деталях осаждалось
серебро в растворе
нитрата серебра. Ток
силой 10 А проходил
через электролит на
протяжении трех часов.
Валентность серебра 1,
а относительная
атомная масса — 108.
Сколько использовано
серебра?

22.

23.

1. При электролизе раствора сульфата цинка с
инертными электродами на аноде
выделяется:
а) цинк; б) кислород;
в) водород;
г) сера.
2. При электролизе раствора хлорида натрия
образуются:
а) натрий и хлор;
б) гидроксид натрия, хлор и водород;
в) кислород и хлор;
г) натрий, хлор и соляная кислота.

24.

4. Платиновый электрод:
а) инертный;
б) растворимый;
в) расходуется в процессе электролиза;
г) не расходуется в процессе электролиза.

25.

6. При электролизе раствора нитрата меди(II) с
медными электродами на аноде будет происходить:
а) выделение диоксида азота;
б) выделение монооксида азота;
в) растворение анода;
г) выделение кислорода.

26.

26

27.

27

28.

28

29.

29

30.

30

31.

31

32.

32

33.

2
2
33

34.

34

35.

35

36.

36

37.

37

38.

38

39.

39

40.

40

41.

КАТОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В гальваностегии
( никелирование,
серебрение).
В гальванопластике
(изготовление копий).
Получение чистых металлов
( медь, алюминий).
Электрометаллургия
расплавов. Очистка
металлов, полученных при
выплавке из руды, от
посторонних примесей.
АНОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Промышленный способ
получения кислорода и
водорода.
Оксидирование
алюминия.
Электрополировка
поверхностей
(электроискровая
обработка,
электрозаточка).
Электрогравировка.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

52

53.

53