Анод + Катод = Электролиз Выполнил: ученик 11М класса МОУ лицея 6 Аббязов Эрик Руководитель: Учитель химии МОУ лицея 6 Дробот С.С. - презентация

1 Анод + Катод = Электролиз Выполнил: ученик 11М класса МОУ лицея 6 Аббязов Эрик Руководитель: Учитель химии МОУ лицея 6 Дробот С.С.

2 Цель работы: Изучить сущность процесса электролиза и выяснить области его применение.

3 Содержание : 1.Электролиз расплаваЭлектролиз расплава 2.Электролиз раствораЭлектролиз раствора 3.Схема электролизаСхема электролиза 4.Сущность электролизаСущность электролиза 5.Применение электролизаПрименение электролиза 6.ВыводыВыводы 7.Источники информацииИсточники информации

4 Электролиз расплава Если расплавить поваренную соль, то произойдет расщепление кристаллической решетки на ионы. При этом образуются катионы натрия и анионы хлора: NaCI -> Na + + CI - Опустим в расплав электроды постоянного электрического тока. Направляясь к катоду, катион натрия получает с него один электрон, т.е. происходит восстановление: Na + + ē -> Na 0 Катод, на котором имеется постоянный избыток электронов, является восстановителем. К аноду направляется анион хлора. Поскольку на аноде постоянный недостаток электронов, ион хлора отдает электрон, превращаясь в нейтральный атом, т.е. окисляется: Cl - - ē -> Cl 0 Анод, на котором постоянный недостаток электронов, является окислителем. 2NaCl -> 2 Na + Cl 2 ЭЛЕКТРОЛИЗ – окислительно-восстановительный процесс, протекающий под действием электрического тока.

5 Примеры электролиза расплавов: Электролиз- окислительно-восстановительный процесс, который возникает на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита. На катоде(-) -восстановлениеНа аноде(+) -окисление Li +, K +, Ca 2+, Na +, Mg 2+, Al 3+, Zn 2+, Cr 3+, Fe 2+, Ni 2+, Sn 2+, Pb 2+, H +, Cu 2+, Hg 2+, Ag +, Pt 4+, Au 3+. Для солей неактивных металлов и бескислородных кислот(CuCl2) электролиз раствора и расплава соли одинаков. Увеличение окислительной активности ионов F -, NO 3 -, SO 4 2-, OH -, Cl -, Br -, I -, S 2- Увеличение восстановительной активности ионов

6 Электролиз раствора В водных растворах процесс приобретает ряд особенностей, так как в нем принимает участие вода. В растворе, помимо диссоциации соли, происходит весьма слабая диссоциация воды. NaCI -> Na + + CI - H 2 O -> H + + OH - Таким образом, в растворе образуется два вида катионов (Na + и H + ) и два вида анионов (CI - и OH - ). В ряду напряжений металлов натрий стоит намного левее водорода. Следовательно, восстановительные свойства атома натрия сильнее, чем атома водорода. Зато окислительные свойства иона Na + выражены слабее, чем иона H +, следовательно, на катоде будет восстанавливаться не металлический натрий, а водород: 2H 2 O + 2ē -> H 2 + 2OH - Ионы натрия будут находиться в растворе до тех пор, пока полностью не разрядятся ионы водорода. К аноду направятся анионы CI - и OH -, восстановительные свойства которых также неодинаковы (см. ряд анионов, расположенных в порядке увеличения способности к окислению). Анионы CI - окисляются легче, чем OH -, поэтому на аноде будет происходить процесс: CI - - ē CI 0

7 Электролиз раствора К аноду направятся анионы CI - и OH -, восстановительные свойства которых также неодинаковы (см. ряд анионов, расположенных в порядке увеличения способности к окислению). Анионы CI - окисляются легче, чем OH -, поэтому на аноде будет происходить процесс: CI - - ē CI 0, 2CI 0 CI 2 В большинстве случаев анионы, состоящие из атомов одного элемента, такие, как CI -, Br -, I -, S 2-, окисляются на аноде быстрее, чем гидроксид-ион. При электролизе раствора поваренной соли на электродах получаются водород и хлор, а в растворе остаются ионы Na + и OH -. Эти ионы представляют собой в диссоциированном виде едкий натр NaOH.Таким способом в промышленности получают едкие щелочи. 2NaCl + 2H 2 O H 2 + Cl 2 + 2NaOH

8 Электролиз воды проводится всегда в присутствии инертного электролита (для увеличения электропроводности очень слабого электролита - воды): В зависимости от инертного электролита электролиз проводится в нейтральной, кислотной или щелочной среде. При выборе инертного электролита необходимо учесть, что никогда не восстанавливаются на катоде в водном растворе катионы металлов, являющихся типичными восстановителями (например Li +, Cs +, K +, Ca 2+, Na+, Mg 2+, Al 3+ ) и никогда не окисляется на аноде кислород OII анионов оксокислот с элементом в высшей степени окисления (например ClO 4, SO 4 2, NO 3, PO 4 3, CO 3 2, SiO 4 4, MnO 4 ), вместо них окисляется вода

9 Примеры электролиза растворов солей: на аноде окисляются анионы Сl, а не кислород O молекул воды, так как электроотрицательность хлора меньше, чем кислорода, и следовательно, хлор отдает электроны легче, чем кислород на катоде восстанавливаются катионы Cu, а не водород H молекул воды, так как медь стоит правее водорода в ряду напряжений, то есть легче принимает электроны, чем H в воде

10 Сущность электролиза В результате электролиза на электродах (катоде и аноде) выделяются соответствующие продукты восстановления и окисления, которые в зависимости от условий могут вступать в реакции с растворителем, материалом электрода и т.п., так называемые вторичные процессы Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод, а к положительному полюсу - анод, после чего погружают их в электролизер с раствором или расплавом электролита

11 Восстановительный процесс на катоде в водных растворах: 1)Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом, больше, чем у водорода, расположены в ряду стандартных электродных потенциалов после него: Cu 2+ ;Zn 2+ ;Cr 3+ ;Fe 2+ ;…; до Pt 4+. При электролизе они почти полностью восстанавливаются на катоде и выделяются в виде металла. 2)Катионы металлов с малой величиной стандартного электродного потенциала (металлы начала ряда Li + ;Na + ;K + ;Rb + ;…; до Al 3+ включительно). При электролизе на катоде они не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды. 3)Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом меньшим, чем у водорода, но большим, чем у алюминия (Mn 2+ ;Zn 2+ ;Cr 3+ ;Fe 2+ ;…; до H). При электролизе эти катионы, характеризующиеся средними значениями электроноакцепторной способности, на катоде восстанавливаются одновременно с молекулами воды. 4)При электролизе кислородосодержащих кислот и их солей (SO 4 2- ; NO 3 - ;PO 4 3- и т.п.) с максимальной степенью окисления неметалла на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды с выделением кислорода. Сущность электролиза

12 Электрическая энергияХимическая энергия Электролиз Раствор NaCl Катод(-) Анод(+) H20 Расплав NaCl Катод(-) Анод(+) Na + + e => Na 0 2Cl - => Cl e Восстановление Окисление H e => H Na + 2OH - 2Cl- => Cl20 + 2e Восстановление Окисление Основные положения электродных процессов 1. На катоде: Li, K +, Ca 2+, Na +, Mg 2+, Al 3+ Zn 2+, Cr 3+, Fe 2+, Ni 2+, Sn 2+, Pb 2+ Cu 2+, Ag +, Hg 2+, Pt 2+, Au 3+ H+ Не восстанавливаются, выделяется H 2 Возможно выделение Me и H 2 Восстанавливаются, выделяется Me 2. Анодные процессы а) Растворимый анод (Cu, Ag, Ni, Cd) подвергается окислению Me =>Me n+ +ne б) На нерастворимом аноде (графит, платина) обычно окисляются анионы S2-, J-, Br-, Cl-, OH- и молекулы H 2 0: 2J - =>J e; 4OH - =>O 2 +2H 2 O +4e; 2H 2 O =>O 2 +4H + +4e

13 Преимущества электролиза перед химическим методами получения целевых продуктов заключаются в возможности сравнительно просто (регулируя ток) управлять скоростью и селективной направленностью реакций. Условия электролиза легко контролировать, благодаря чему можно осуществлять процессы как в самых "мягких", так и в наиболее "жёстких" условиях окисления или восстановления, получать сильнейшие окислители и восстановители, используемые в науке и технике. Электролиз - основной метод промышленного производства алюминия, хлора и едкого натра, важнейший способ получения фтора, щелочных и щелочноземельных металлов, эффективный метод рафинирования металлов. Применение электролиза Путём электролиза воды производят водород и кислород. Электрохимический метод используется для синтеза органических соединений различных классов и многих окислителей (персульфатов, перманганатов, перхлоратов, перфторорганических соединений и др.). Применение электролиза для обработки поверхностей включает как катодные процессы гальванотехники (в машиностроении, приборостроении, авиационной, электротехнической, электронной промышленности), так и анодные процессы полировки, травления, размерной анодно-механической обработки, оксидирования (анодирования) металлических изделий (см. также Электрофизические и электрохимические методы обработки). Путём электролиза в контролируемых условиях осуществляют защиту от коррозии металлических сооружений и конструкций (анодная и катодная защита).

14 Электрохимическое процессы широко применяют в различных областях современной техники, в аналитической химии, биохимии и т.д. В химической промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически чистые водород и кислород и т.д. При этом одни вещества получают восстановлением на катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокислением на аноде (хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.) Гальванотехника - область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику. Гальваностегия- электроосаждение на поверхность металла другого металла, который прочно связывается(сцепляется) с покрываемым металлом(предметом), служащим катодом электролизера. Гальванопластика- получение путем электролиза точных, легко отделяемых металлических копий относительно значительной толщины с различных как неметаллических, так и металлических предметов, называемых матрицами. Гальванопластику используют для нанесения сравнительно толстых металлических покрытий на другие металлы (например, образование «накладного слоя никеля, серебра, золота и т.д.).

15 Выводы Катод – электрод, на котором происходит процесс восстановления. Анод – электрод, на котором происходит процесс окисления. Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, обусловленный подводом электрической энергии извне.

16 Л.В. Вятченникова. Электролиз.//Химия. Приложение к газете «Первое сентября», 24, 1998 А.Ф. Аспицкая. К изучению электролиза в курсе химии, Химия в школе, «Педагогика»,1991 Г.М. Чернобельская, И.Н. Чертков Химия, «Учебная литература для медицинских училищ». М.: Медицина, 1986г Источники информации: