Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 527
Скачиваний: 34
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Медицинский колледж
ФГБОУ ВО ДГМУ Минздрава России
Проектная работа на тему:
Электролиз растворов и электролитов
Выполнил студент: 1 курса 5 потока
31.02.02 «Сестринское дело»
Арсланбеков Рамазан Русланович
Руководитель: Марина Абдулжалиловна
Махачкала 2023
Содержание
Введение…………………………………………………………………………........................................................3
Глава 1 Основные понятия и теоретические основы…………….………………………………………….….....4
-
Определение электролиза и его принципы……………………………………………………………...…….4 -
Понятие электролитов и растворов…………………………………………………………………...………..5 -
Анодные и катодные реакции………………………………………………………………………………......6 -
Законы Фарадея………………………………………………………………………………………………….7
Глава 2 Методы исследования электролиза………………………………………………………………………..8
2.1 Экспериментальные методы и оборудование…………………………………………………………………..8
2.2 Принципы проведения электролиза……………………………………………………………………………10
Глава 3 Влияние факторов на электролиз………………………………………………………………………...11
3.1 Концентрация раствора или электролита…………………………………………………………………...…11
3.2 Плотность тока…………………………………………………………………………………………………..13
3.3 Время проведения электролиза………………………………………………………………………………...14
3.4 Температура……………………………………………………………………………………………………...15
Глава 4 Практические применения электролиза…………………………………………………………………16
4.1 Электрохимическая очистка металлов………………………………………………………………………...16
4.2 Электролиз в производстве химических соединений………………………………………………………...18
4.3 Электролиз в электрохимических источниках энергии………………………………………………………19
Глава 5 Примеры экспериментов с электролизом………………………………………………………………..20
5.1 Электролиз раствора соли………………………………………………………………………………………20
5.2 Электролиз воды………………………………………………………………………………………………...21
5.3 Электролиз раствора кислот и щелочи………………………………………………………………………...22
Заключение…………………………………………………………………………………………………………..24
Список литературы……………………………………………………………………………………………….....25
Введение
Электролиз растворов и электролитов - это процесс разложения вещества на его составные части с использованием электрического тока. Во время электролиза ток пропускается через электролит или раствор, и происходят окислительно-восстановительные реакции на электродах.
Электролиты - это вещества, способные проводить электрический ток. Они могут быть представлены в виде растворов или расплавов солей, кислот или щелочей. Когда электрический ток проходит через электролит, ионы вещества движутся к электродам и участвуют в реакциях.
Глава 1
-
Определение электролиза и его принципы
Электролиз - это процесс разложения вещества на составные части с использованием электрического тока. Он основан на принципе электрохимических реакций, которые происходят в растворе или электролите под воздействием постоянного электрического тока.
Принципы электролиза основаны на двух основных законах электролиза, известных как законы Фарадея:
Первый закон Фарадея (закон электролиза): Масса вещества, разложенного или отложенного на электродах, пропорциональна количеству электричества, прошедшему через электролит. Формально можно записать этот закон следующим образом:
m = Q * F * n,
где m - масса вещества, Q - количество электричества (заряд), F - фарадей (электрохимическая константа), n - число электронов, участвующих в реакции.
Второй закон Фарадея (закон эквивалентов): Массы разных веществ, разложенных или отложенных на электродах, пропорциональны их эквивалентным массам. Эквивалентная масса вещества определяется как масса вещества, соответствующая 1 молью перенесенных зарядов.
m = E * Z,
где m - масса вещества, E - эквивалентная масса, Z - количество перенесенных зарядов.
Эти законы позволяют связать количество прошедшего через электролит заряда с количеством разложенного вещества на электродах. Они являются основой для расчета и интерпретации результатов электролиза.
Электролиз широко применяется в различных областях, таких как производство металлов, электрохимические источники энергии, электрохимическая обработка поверхностей, электрохимический синтез химических соединений и другие.
-
Понятие электролитов и растворов
Электролиты - это вещества, способные проводить электрический ток в растворе или при плавлении. Они обладают свободными движущимися заряженными частицами, которые называются ионами. Ионы могут быть положительно заряженными (катионами) или отрицательно заряженными (анионами).
Электролиты могут быть представлены в различных формах:
-
Растворы электролитов: Это смеси, в которых электролит полностью или частично диссоциирует на ионы в растворителе (обычно в воде). Примеры включают солевые растворы, кислотные и щелочные растворы. -
Расплавы электролитов: Некоторые электролиты могут образовывать расплавы при достаточно высоких температурах, в которых ионы свободно движутся. Примеры включают расплавы солей или металлические расплавы. -
Газовые электролиты: Некоторые газы, такие как кислород, хлор и водород, могут служить электролитами, когда они находятся в ионизированном состоянии, например, в электролитических газовых разрядах.
Электролиты играют важную роль в электролизе, поскольку ионы электролита являются носителями заряда и участвуют в реакциях на электродах. Во время электролиза, положительно заряженные ионы (катионы) притягиваются к отрицательно заряженному электроду (катоду), где происходят восстановительные реакции, в то время как отрицательно заряженные ионы (анионы) притягиваются к положительно заряженному электроду (аноду), где происходят окислительные реакции.
-
Анодные и катодные реакции
Анодные и катодные реакции являются важной частью электролиза и определяют процессы, происходящие на электродах. Рассмотрим каждый тип реакций подробнее:
-
Анодные реакции:
Анод - это положительно заряженный электрод, на котором происходят окислительные реакции. Во время электролиза, вещество на аноде теряет электроны и окисляется. Общая химическая реакция на аноде обычно записывается в виде окисления иона или молекулы, приводящего к образованию положительно заряженного продукта. Например, при электролизе раствора хлорида натрия (NaCl) на аноде происходит следующая анодная реакция:
2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻
В данном случае ионы хлорида (Cl⁻) окисляются до молекул хлора (Cl₂) с выделением двух электронов.
-
Катодные реакции:
К
атод - это отрицательно заряженный электрод, на котором происходят восстановительные реакции. Во время электролиза, вещество на катоде получает электроны и восстанавливается. Общая химическая реакция на катоде обычно записывается в виде восстановления иона или молекулы, приводящего к образованию негативно заряженного продукта. Продолжая пример с раствором хлорида натрия, на катоде происходит следующая катодная реакция:2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻
В этой реакции молекулы воды (H₂O) восстанавливаются до молекул водорода (H₂) с присоединением двух электронов, а также образуются ионы гидроксида (OH⁻).
Важно отметить, что анодные и катодные реакции обязательно согласуются друг с другом, чтобы поддерживать электрическую нейтральность системы в целом. Это означает, что сумма зарядов, переносимых ионами на аноде и катоде, должна быть одинаковой.
-
Законы Фарадея
Законы Фарадея описывают количественную связь между количеством электричества, проходящего через электролит, и количеством вещества, разложенного или отложенного на электродах во время электролиза. Эти законы были сформулированы английским ученым Майклом Фарадеем в 1833 году.
Первый закон Фарадея (закон электролиза) гласит:
"
Количество вещества, разложенного или отложенного на электродах во время электролиза, пропорционально количеству электричества (заряду), прошедшему через электролит."Формально этот закон может быть выражен следующим образом:
m = Q * F * n,
где:
m - масса вещества, разложенного или отложенного на электродах,
Q - количество электричества (заряд), прошедшее через электролит,
F - фарадей (электрохимическая константа), равная заряду, переносимому одним молью электронов,
n - число электронов, участвующих в реакции.
Второй закон Фарадея (закон эквивалентов) гласит:
"Массы различных веществ, разложенных или отложенных на электродах во время электролиза, пропорциональны их эквивалентным массам."
Формально этот закон может быть выражен следующим образом:
m = E * Z,
где:
m - масса вещества, разложенного или отложенного на электродах,
E - эквивалентная масса, определяемая как масса вещества, соответствующая 1 молью перенесенных зарядов,
Z - количество перенесенных зарядов.
Законы Фарадея являются фундаментальными в электрохимии и широко используются для расчетов электролиза и интерпретации результатов электрохимических процессов.
Глава 2
2.1 Экспериментальные методы и оборудование
В экспериментах, связанных с электролизом растворов и электролитов, используются различные методы и оборудование. Ниже перечислены некоторые из них:
Электролитическая ячейка: Электролитическая ячейка - это основное оборудование, которое используется для проведения электролиза. Ячейка состоит из двух электродов (анода и катода), которые погружены в электролит. Электроды обычно изготавливаются из проводящих материалов, таких как платина или карбон, и размещаются таким образом, чтобы они не соприкасались друг с другом.
Источник постоянного тока: Для электролиза требуется источник электрического тока постоянной силы. Это может быть источник постоянного тока, такой как батарея или источник питания постоянного тока, способный обеспечивать стабильный ток нужной силы.
Амперметр: Амперметр используется для измерения силы тока, протекающего через электролитическую ячейку. Он подключается последовательно к источнику постоянного тока и электролитической ячейке, и позволяет контролировать и измерять ток, проходящий через систему.
Вольтметр: Вольтметр используется для измерения разности потенциалов (напряжения) между электродами электролитической ячейки. Он может быть подключен параллельно к электродам для измерения напряжения в системе.
Растворитель или электролит: В зависимости от конкретной цели эксперимента, могут использоваться различные растворители или электролиты. Например, для исследования электролиза растворов можно использовать водные растворы солей, кислот или щелочей.
Реакционные емкости: Для проведения электролиза и сбора продуктов реакции используются реакционные емкости, такие как стеклянные или пластиковые контейнеры. Они обеспечивают безопасное и контролируемое окружение для процесса электролиза.
Электроды: Электроды используются для подачи электрического тока в электролитическую ячейку и взаимодействия с раствором или электролитом. Электроды могут быть изготовлены из различных материалов в зависимости от требуемых реакций и условий эксперимента.