При прохождении тока носителями зарядов в электродах являются электроны, а в электролите - катионы и анионы.

В электролизере анодный и катодный процессы пространственно разделены.

Если рассматриваемый электрод подключен к отрицательному полюсу источника тока, то на его поверхности протекают катодный процесс, при котором электроны передаются от электрода к частицам окислителя - процесс восстановления.

Реакция на катоде имеет вид

Meⁿ⁺+ ne = Me⁰.
При этом другой электрод – анод подключен к положительному полюсу источника тока и на нём протекает реакция окисления.
Согласно закону Фарадея, масса выделенного вещества на каждом из электродов пропорциональна току и времени электролиза

А

m=  Iτη

nF

где А- атомный вес выделенного вещества, n-число

электронов в суммарном уравнении электрохимической реакции, I – сила тока, А, τ- время,с, F – число Фарадея (96500 А*с), η – выход по току, % .
m_практ

η = 100%

m_теор

Электролизом раствора хлорида натрия (NaCl) в промышленности получают газообразный хлор и щелочь. На аноде протекает реакция окисления хлорид ионов с образованием газообразного хлора

2Сl^- - 2e = Cl₂ - анодный процесс

а на катоде восстановление воды с образованием щелочи и выделением водорода

2H₂О + 2e = Н₂ + 2OH^- - катодный процесс
Порядок протекания реакций на электродах при электролизе

Для определения порядка протекания окислительно-восстановительных процессов на электродах при электролизе водных растворов можно руководствоваться следующими практическими правилами:

Реакции на катоде:

1. 
   В первую очередь восстанавливаются катионы металлов, имеющих стандартный электродный потенциал φ⁰ больший, чем у водорода, в порядке уменьшения φ⁰:
   

Если φ⁰ _{металла} > 0, то восстанавливается металл

Me^z+ + ze^- →Me⁰

2. 
   Катионы металлов с малым стандартным электродным потенциалом не восстанавливаются, а вместо них восстанавливаются молекулы воды
   

Если φ⁰ _{металла} ≤ (-1,662), то восстанавливается водород из воды

---

если pH <7, то 2H⁺ + 2e^- →H₂↑,

если pH ≥7, то 2H₂O + 2e^- →H₂↑+ 2OH^-.

3. 
   Катионы металлов, имеющих стандартный электродный потенциал меньший, чем у водорода, но больший, чем у алюминия, восстанавливаются одновременно с молекулами воды.
   

Если (-1,662) < φ⁰ _{металла}<0 , то восстанавливается и металл, и водород

Me^z+ + ze^- →Me⁰

если pH <7, то 2H⁺ + 2e^- →H₂↑,

если pH ≥7, то 2H₂O + 2e^- →H₂↑+ 2OH^-.

Реакции на аноде:

Характер окислительных процессов на аноде зависит от материала электродов. Различают нерастворимые(инертные) и растворимые (активные) электроды.

Инертные электроды изготавливаются обычно из графита, угля, платины; в процессе электролиза они химически не изменяются, а служат лишь для передачи электронов во внешнюю цель.

При использовании инертных анодов следует учитывать следующее:

1. 
   В первую очередь окисляются простые анионы в порядке возрастания их φ⁰, не превышающих + 1,5 В (S^2-, J^-, Br^-, Cl^-).
   

Cl^- -2e^- → Cl₂↑

2. 
   При электролизе водных растворов, содержащих анионы кислородосодержащих кислот (CO₃^2-, NO₃^-, SO₄^2-, PO₄^3- и др.) и F^-, на аноде окисляются не эти анионы, а молекулы воды
   

2H₂O - 4e^- → O₂↑+ 4H⁺

При использовании растворимых анодов (из Cu, Zn, Ag, Ni и др. металлов) электроны во внешнюю цель посылает сам анод за счет окисления атомов металла, из которого сделан анод:

Me⁰+ ze^- → Me^z+

Анод во в раствор

внешнюю

Пример решения 6.3.

Пусть электролиз происходит в растворе Fe(NO₃)₂; I = 2 A; τ = 40 мин; BТ = 35 %; анод – растворимый из железа.

А) Чтобы определить наличие в растворе заряженных частиц, записываем уравнение диссоциации соли и cхему гидролиза:

---

Fe(NO₃)₂ = Fe²⁺ + 2(NO₃) ;

3-йтипсолей
Fe	(NO3)2
Слабое основание	Сильная кислота
	H+
	рН < 7, среда кислая
Гидролиз идёт (по катиону)

---

При пропускании электрического тока к катоду (-) подходят положительно заряженные ионы, а к аноду (+) – отрицательно заряженные ионы.

Схема электролиза:

F e(NO₃)₂ + HOH → Fe²⁺ + 2(NO₃) + H⁺ + HOH

(–) Катод (+) Анод
Fe²⁺ (NO₃) - не окисляется

H⁺ H₂O

Т.к. φ⁰ _{Fe2+/ Fe} = -0,44 В, 2H₂O - 4e^- → O₂↑+ 4H⁺

то на катоде восстанавливается

и металл, и водород

Fe²⁺ + 2 → Fe⁰

2H⁺ + 2 → H₂

Суммарный процесс:

Fe(NO₃)₂ + 2H₂O → Fe⁰↓ + H₂↑ + O₂↑ + 2HNO₃

На катоде на аноде в растворе
Побочные реакции: Fe(NO₃)₂ + 2H₂O = Fe(OH)₂↓ + 2HNO₃;
Б) Водный раствор Fe(NO₃)₂ (растворимый анод, например Fe).

Записываем реакции на аноде и катоде для раствора Fe(NO₃)₂ с растворимым анодом:

Схема электролиза:

F e(NO₃)₂ + HOH → Fe²⁺ + 2(NO₃) + H⁺ + HOH



(–) Катод (+) Анод (Fe)
Fe²⁺ (NO₃) - не окисляется

H⁺ H₂O

Т.к. анод растворимый, то окисляется металл

Т.к. φ⁰ _Fe

---

_{2+/ Fe} = -0,44 В, Fe⁰ - 2 → Fe²⁺

то на катоде восстанавливается

и металл, и водород

Fe²⁺ + 2 → Fe⁰

2H⁺ + 2 → H₂
Побочные реакции: Fe(NO₃)₂ + 2H₂O = Fe(OH)₂↓ + 2HNO₃;

Расчет массы Fe (m), выделившегося на катоде, проводим по формуле, отражающей закон Фарадея:

(Fe) = · I ·τ · η,

где α – электрохимический эквивалент вещества,

А – атомная масса металла;

n– его валентность;

F – число Фарадея (96500 Кл/моль);

I – сила тока,

τ – время электролиза в секундах;

η – выход по току вещества,
η = .

Тогда масса железа, выделившегося на катоде, рассчитывается следующим образом:

m (Fe) = = 0,486 г.
Таким образом, выделяется 0,486 г железа.
Таблица VI.1

Номер варианта	Схемы окислительно-восстановительных реакций
1	MnSO4 + Na2SO4 + H2O + Cl2 MnO2 + NaCl + H2SO4
2	HMnO4 + Pb(NO3)2 + H2O PbO2 + Mn(NO3)2 + HNO3
3	MnSO4+Br2+К2SO4+K2SO4 + H2O KMnO4 + КBr + H2SO4
4	K2SO4 + I2 + NO2 + H2O KI + HNO3 + H2SO4
5	K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O K2Cr2O7 + H2SO4 + SO2
6	Al +K2Cr2O7 + H2SO4 Al2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
7	KClO3 + FeSO4 + H2SO4 KCl + Fe2(SO4)3 + H2O
8	K2Cr2O7 + KI + H2SO4 Cr2(SO4)3 + I2 + K2SO4 + H2O
9	KMnO4 + HCl KCl + Cl2 + MnCl2 + H2O
10	K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 Cr2(SO4)3 + S + K2SO4 + H2O
11	FeCl2 + KMnO4 + HCl FeCl3 + MnCl2 + KCl + H2O
12	K2Cr2O7 + H2SO4 + FeSO4 K2SO4 + Cr2(SO4)3 + Fe2(SO4)3 + H2O
13	Ti2(SO4)3+ KMnO4+ H2SO4 Ti(SO4)2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
14	FeSO4 + HNO3 + H2SO4 Fe2(SO4)3 +NO+ H2O
15	NaNO2 + NaI + H2SO4 NO + I2 + Na2SO4 + H2O
16	KI + KNO2 + H2SO4 I2 + K2SO4 + NO + H2O
17	Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
18	K2Cr2O7 + HCl Cl2 + CrCl3 + KCl + H2O
19	CuS + HNO3 S + NO + Cu(NO3)2 + H2O
20	Mg + H2SO4 H2S + MgSO4 + H2O
21	K2S + KMnO4 + H2SO4 S + MnSO4 + K2SO4 + H2O
22	I2 + Cl2 + H2O HCl + HIO3
23	KBr + K2Cr2O7 + HCl Br2 + CrCl3 + KCl + H2O
24	Zn + KMnO4 + H2SO4 ZnSO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
25	K2Cr2O7 + KI + H2SO4 Cr2(SO4)3 + I2 + K2SO4 + H2O
26	MnO2 + HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O
27	K2Cr2O7 + NaNO2 + H2SO4 Cr2(SO4)3+NaNO3+H2O+K2SO4
28	Ag + HNO3 AgNO3 + H2O + NO2
29	PbS + HNO3 S + NO + Pb(NO3)2 + H2O
30	NaNO2 + NaI + H2SO4 I2 + NO↑ + H2O

---

Смотрите также файлы

• Планируемые результаты освоения ооп ноо.docx

• Практическая работа Педагогическаязадача Обобщеннаяформулировказадачи.docx

• Профессиональный модуль пм.docx

• Памятка для обучающихся, родителей по профилактике неблагоприятных для здоровья и обучения детей эффектов от воздействия устройств мобильной связи.docx

• Основные этапы становления и развития маркетинга.doc