Электролиз

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 (+).
1)Расплав хлорида натрия. Он содержит катион натрия и анион хлора.
катод:
Na+ + 1e à Na0
2
На катоде: разряжается КАТИОН натрия:
анод:
2Cl- — 2e à Cl20
1
На аноде: разряжается АНИОН хлора:
Cуммарное уравнение электролиза: (расплав) 2Na + Cl2
2) Расплав гидроксида натрия.
4NaOH (расплав) 4Na + O2 + 2H2O
катод:
Na+ + 1e à Na0
4
анод:
4ОН- — 4e à O2 + 2H2O
1
3) 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
4). Электролиз расплава сульфата натрия:
2Na2SO4 (расплав) à 4Na + O2 + 2SO3
Катод:
Na+ + 1e à Na0
4
анод:
2SO42- — 4e à O2 + 2SO3 ­
1
При электролизе расплавов солей кислородсодержащих кислот получается металл, кислород и высший оксид неметалла!
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-) – разряжаются до простого вещества: S2- >I- >Br ->Cl-
2. Металлы после AL до Н: идёт два параллельных процесса:
а) разрядка металла ® Ме¯
б) разрядка воды: ® Н2­
2Н2О +2е à H2 + 2OН-
2. Анионы кислородсодержащих кислот и F- не разряжаются, идёт разрядка воды: ® О2­
2 Н2О – 4е à O2 + 4H +
3. Если в растворе ионы Н+ — они разряжаются до Н2­
2Н++2е à H2
3. Если есть ОН-
он разряжается с выделением О2­
4 OH — — 4e à O2 + 2H2O
4. Металлы левее алюминия – НЕ РАЗРЯЖАЮТСЯ, идёт разрядка воды: ®Н2­
2Н2О +2е à H2 + 2OH-
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+

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.
Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности;
Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии;
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 = Fe3O4В 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.

В таком загрязнённом металле идёт перенос электронов от железа к меди, при этом железо (анод) растворяется, т.е. подвергается коррозии:
Fe –2e = Fe 2+, а на поверхности олова (катод) идёт процесс восстановления водорода из воды или растворённого кислорода:
а) 2H+ + 2e = H2;
б) O2 + 2H2O + 4e=4OH–

анод: Fe –2e = Fe 2+,
катод: 2H+ + 2e = H2
Суммарная реакция: Fe + 2H+ = H2 + Fe2+ ,
Если реакция проходит в атмосферных условиях в воде, в ней участвует кислород и происходят процессы:
анод: Fe –2e = Fe 2+,
катод: O2 + 2H2O + 4e=4OH–
Суммарная реакция: Fe 2+ + 2OH – = Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2+ 2H2O = 4Fe(OH)3 Образуется ржавчина.
Методы защиты от коррозии.

2. Создание сплавов, стойких к коррозии
3. Изменение состава среды
4.Электрохимические методы защиты.
а) Катодное покрытие – покрытие менее активным металлом (защищает металл только неповреждённое покрытие).
б) Покрытие краской, лаками, смазками.
в) Создание на поверхности некоторых металлов прочной оксидной плёнки химическим путём (анодирование алюминия, кипячение железа в фосфорной кислоте)
Нержавеющая сталь, новые сплавы с большой коррозионной устойчивостью.
Добавление в среду, окружающую металлическую конструкцию, ингибиторов коррозии (веществ, подавляющих процессы коррозии)
Протекторная защита: присоединение к металлической конструкции пластинок из более активного металла – протекторов. В результате идёт разрушение протектора, а металлическая конструкция при этом не разрушается.

Оцените статью
Добавить комментарий