Электролиз солей (на примере электролиза раствора соли с растворимым анодом). Схема электролиза. Последовательность электродных процессов

Электролиз Электролиз – процесс на электродах под действием электрического тока, подаваемого от внешнего источника, при этом происходит процесс преобразования Эл. Энергии в химическую энергию продуктов р-и. Ячейка для электролиза – электролизер. Состоит из двух электродов и электролита. Процесс при электролизе противоположен процесс в ГЭ. При электролизе катод заряжен отрицательно, так как присоединен к «-» источника тока, анод заряжен положительно, т.к. присоединен к «+» источника тока. Характер процессов на электродах зависит: 1. От природы электролита (расплав или раствор) 2. Природы анода(растворим/нерастворим) 3. Концентрации, Т, плотности тока и рН. U=E_Э+Ir+ΔE_{ПОЛЯРИЗАЦИИ} Энергия затрачиваемая на преодоление омических потерь и поляризацию превращается в теплоту, что приводит к перерасходу энергии при электролизе. Е(min)А(+)-ок-е, E(max)К(-)-вос-е. Типы электродов Необратимые – изменение направления эл.тока влияет на процесс.Серебряная пластинка в р-ре кислоты. Обратимые – изменение направления эл.тока не влияет на процесс.Серебряная пластинка в р-ре нитрата серебра. В зависимости от свойств в-в и свойств заряженных частиц обратимые электроды подразделяются: Электроды 1го рода а) Металлическая пластинка в р-ре своей соли.б) Амальгамные электроды – металл в ртути.(Элемент Вестана) в) Газовые электроды: водородный, кислородный. Электроды 2го рода – металлическая пластинка. Покрытая слоем малорастворимого в-ва этого металла, погруженная в насыщенный раствор соли,содержащей одноименный анион с осадком. Имеют постоянный потенциал. ОВ-электрод Платиновая проволока, контактирующая одновременно с окислительно-восстановительной парой. ИСЭ(ионно-селективные электроды) – датчики, потенциалы к-х линейны, зависят от логарифма концентрации определяемого иона. Поляризация электродов – это изменение потенциалов электродов при прохождении тока по сравнению с равновесным значением. При прохождении тока потенциал анода увеличивается, а потенциал катода уменьшается по сравнению с равновесным. Поляризационная кривая – графическая зависимость потенциалов электродов от плотности. Поляризация – концентрационная(вызвана изменением концентрации реагентов в приэлектродной зоне при прохождении тока) и электрохимическая (вызвана замедленностью собственно электрохимической р-й, к-я объясняется существенной перестройкой структуры реагирующих частиц в ходе р-и – перенапряжение) ЭДС – максимальная разность потенциалов электродов, к-я может быть получена при работе ГЭ. Электродный потенциал – разность потенциалов между металлом и раствором, обусловленная возникновением двойного электрического слоя. Стандартный электродный потенциал – при н.у и активности ионов металла 1 моль/л. Равновесный электродный потенциал – при установлении равновесия электродной р-и. ТОР(токообразующая р-я) – суммарная р-я протекающая в ГЭ, включающая процессы окисления и восстановления. Анод – электрод, на к-м протекает процесс окисления. В гальванических и коррозионных элементах имеет более отрицательный потенциал, чем катод. При электролизе заряжен положительно, т.к. подключен к + источника. Катод - электрод, на к-м протекает процесс восстановления. В гальванических и коррозионных элементах имеет более положительный потенциал, чем анод. При электролизе заряжен отрицательно, т.к. подключен к – источника.

Количественные закономерности электролиза (законы Фарадея, выход по току). Поляризация при электролизе (на примере электролиза водного раствора сульфата калия на никелевых электродах).

З-н Фарадея:1. Кол-во в-ва, испытавшего эл-хим превращ на эл-де, прямо пропорц кол-ву прошедш эл-ва. 2. Массы прореаг на эл-дах в-в при пост кол-ве эл-ва относятся друг к другу,как хим эквиваленты. m=MIt/nF m=M_Э*Q/F V=V_Э*Q/F υ_Э(кол-ва эл-ва)=υ_Э(в-ва на А)=υ_Э(в-ва на К) It/F=V/V_Э=m/M_Э В_Т=Qпр/Qобщ B_T=Vг пр/Vг теор*100 B_T=v_Э пр/v_Э теор n=m пр/m теор*100

Химическая поляризация – связана с процессами, изменяющими химический состав поверхности электродов. Так, например, благодаря адсорбции или осаждению на них продуктов электролиза химическая природа поверхности электродов в той или иной степени изменяется. В электролизере возникает гальваническая цепь так называемой поляризационной э. д. с., направленной противоположно рабочему току, вследствие чего сила последнего уменьшается, а следовательно, затрудняется и работа электролизера. Иногда продукты электролиза образуют на поверхности электрода пленку труднорастворимого вещества (пленочная поляризация).

Коррозия металлов, ее виды. Условия протекания электрохимической коррозии. Схемы микрогальванических коррозийных элементов, уравнения анодных и катодных процессов (на примере). Водородная и кислородная деполяризация, условия ее усиления.

Коррозия – процесс самопроизвольного разрушения металлов в результате сложного физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Газовая коррозия – возникает при контакте металлов с газами в отсутствия электропроводящих растворов. В природе встречается редко. Часто используется в металлургических и химических производствах. Для борьбы с этим видом коррозии – легирование металлов (сплавление с Ni, Cr, Va, W), а также использование инертных газов при температурной обработке металлов. Жидкостная химическая коррозия – в среде жидкостей-неэлектролитов (расплавленная сера, бром, нефть, бензин, керосин) защищают от этого вида коррозии с помощью нанесения защитных покрытий. Электрохимическая коррозия – Атмосферная, морская, подземная, внешним и блуждающим током. При э-х коррозии на поверхности металла возникают анодные и катодные зоны, а при наличии электролита образуется микрогальванический элемент (МГЭ), продуцирующий электрический ток. На аноде – окисление металла, на катоде – восстановление окислителей (О₂, Н⁺). Окислители при коррозии называют деполяризаторами. Благоприятствующие для коррозии условия – неоднородность сплавов по составу, неоднородность электролита. Условие образования МГЭ Е⁰(Меⁿ⁺/Me^o)<Е⁰_{окислителей} А(-) Me|Meⁿ⁺ [Me]К(+) (→H+|H2) →O2|OH^- (Pt-только подкладка под газовый эл-д) Концентрационная поляризации при выделении Н₂ не значительна, т.к. малы размеры протона, высока его подвижность, т.е. нет недостатка реагентов в электродной зоне. Чтобы снизить скорость водородной деполяризации необходимо: 1)уменьшение концентрации ионов Н⁺; 2)очистить металл от примесей 3)понизить температуру. Кислородная деполяризация – молекула О₂ больше по размеру(100тыс раз), менее подвижны концентрационная поляризация более значительна. Но природа катодных участков не влияет на поглощение кислорода. Чтобы снизить скорость кислородной деполяризации: 1)уменьшение концентрации кислорода у поверхность электрода 2)снизить P(O₂) над раствором 3)изолировать металл от окислителя Деполяризаторы ускоряют коррозию. Поляризация снижает скорость коррозии. Введение деполяризации стимулирует катодный процесс и ускоряет коррозионное разложение. Алгоритм решения задач: 1)Сравнить Е⁰ контактирующих металлов, определить анод, Е_А<Е_К, рассчитать Е^Р окислителей. 2) Сопоставить Е^Р окислителей и Е_А сделать вывод о виде деполяризации (коррозии). 3)Схема МГЭ 4)Процессы на электродах. рН в Анодн зоне не меняется,в К зоне – кол-во Н+ ум-ся – среда более щел-я,рН растет. Неоднородность сплавов и электролита – усил коррозию. Деполяризация ускор корр

Сущность электрохимических методов защиты от коррозии (анодная, катодная, протекторная защита). Уравнения процессов, протекающих на анодных и катодных участках при электрохимической защите. Пассивность металлов. Легирование.

. Эл-хим защ – основана на искусств тормож ан или кат проц. Катодн покрытие – защ мет(изделие) менее акт мет покрывают. НЕ надежное – при повр покр – изд разрушается. Епокр> Е защ Ме Анодн покр- покр изделия более акт мет.Надежное – при поврежд покр – изд остается целым,пока покр полностью не исчезнет. Протект защита. Легирование – сплавление мет с Ni, Cr, Va, W(в-фрам), использ инертн газов при обработке мет. Поляризация снижает скорость коррозии. Покрытия – лакокрас-краски эмали,каучуки,резина, ВМС – полимеры(высш мол соед). Силикатные покрытия,Оксидирование. Пропитка маслом, Анодирование. Фосфатирование(получ солей фосфатов на пов-ти изд – FePO4, ZnHPo4, Mg3(PO4)2)-обраб мет ортофосф к-й- Хорошая АДГЕЗИЯ(сцепляемость)-хор грунт для лакокрас. покр. Измен св-в коррозионной среды 1) обраб кор ср – кипячение, нагрев, добавл восстановит, подщелачивание, Добавление ИНГИБИТОРОВ (уротропин), Ингиб адсорбир пов-ю мет и образ защ пленку. Использ в сист с маломен или пост объемами.