Лабораторная работа № 5.
Электролиз растворов
1.Цель работы: изучить электродных процессов при электролизе растворов.
Основные положения
Окислительно-восстановительная реакция, протекающая в растворе или расплаве электролита у электродов при пропускании постоянного электрического тока, называется электролизом.
Электролиз осуществляется в электролизерах. Основным конструкционным элементом являются электроды, соединенные с полюсами источника постоянного тока.
Электрод, присоединенный к отрицательному полюсу источника тока, называется катодом, положительный электрод - анодом.
На катоде в процессе электролиза всегда происходит восстановление катионов из объема электролита. На аноде происходит отдача электронов, т.е. реакция окисления.
В растворах и расплавах различных электролитов имеются разноименные по знаку ионы, т.е. катионы и анионы, которые находятся в хаотическом движении. Но если в такой расплав электролита, например, расплав хлорида натрия NaCl, опустить электроды и пропустить постоянный электрический ток, то катионы Na+ будут двигаться к катоду, а анионы Сl - к аноду. На катоде электролизера происходит процесс восстановления катионов электронами внешнего источника тока:
Na+ + e= Na°
Катион натрия Металлический натрий
На аноде идет процесс окисления аниона хлора, причем, отрыв избыточных электронов от С1 - осуществляется за счет энергии внешнего источника тока:
2С1 - - 2е = С12°
Анион хлора Молекулярный хлор
Суммарное уравнение электролиза расплава хлорида натрия:
2NaCl → 2Na + + 2С1 - → 2Na ° + С12°
Если электролизу подвергается расплав, который содержит несколько различных катионов металлов, то в этом случае последовательность восстановления определяется электродными потенциалами. В первую очередь восстанавливаются катионы металлов, обладающих большим значением электродного потенциала.
Более сложные процессы электролиза протекают в водных растворах электролитов.
С учетом ряда стандартных потенциалов металлов возможны три случая протекания восстановительного процесса на катоде в водных растворах (процессы на катоде не зависят от материала катода):
1. Катионы металлов, стандартный электродный потенциал которых больше, чем -0,413В (от Ni2+ до Pt4+), при электролизе практически полностью восстанавливаются на катоде.
Меn+ +n*е→Меo
2. Катионы металлов, с малой величиной стандартного электродного
потенциала (от Li+ до А13+ включительно) не восстанавливаются
на катоде, вместо них восстанавливаются молекулы воды:
2Н2О + 2е → Н2 + 2ОН -
3. Катионы металлов, стандартный ионный потенциал которых
меньше, чем у водорода, но больше, чем у алюминия (от Мn+ до
Н2+), при электролизе на катоде восстанавливаются одновременно с молекулами воды.
Для определения порядка протекания окислительно-восстановительных процессов на электродах при электролизе водных растворов можно руководствоваться правилами таблицы 1.
Таблица 1