Урок химии по теме "Электролиз"

Электролиз

Цель: изучить сущность процесса электролиза

Задачи:

• раскрыть принцип работы электролизёра
• суть катодных и анодных процессов
• примеры электролиза
• применение электролиза

Электролиз-это окислительно- восстановительные реакции, протекающие на электродах, если через раствор или электролита пропускают постоянный электрический ток.

КАТОД - ОТРИЦАТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫЙ ЭЛЕКТРОД, НА ПОВЕРХНОСТИ КОТОРОГО ИЗБЫТОК ЭЛЕКТРОНОВ.

АНОД - ПОЛОЖИТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫЙ ЭЛЕКТРОД. У НЕГО НЕДОСТАТОК ЭЛЕКТРОНОВ.

Катионы активных металлов

Катионы менее активных металлов

Li + , Cs + , K + , Ca 2+ , Na + , Mg 2+ , Al 3+

Катионы неактивных металлов

Zn 2+ , Cr 3+ , Fe 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Sn 2+ , Pb 2+

Тяжело разряжаются (только с расплавов)

В водном растворе восстанавливаются только металл и водород

Cu 2+ , Ag + , Hg 2+ , Au 3+

Легко разряжаются и восстанавливается только металл

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ВАННА.

Анод (+)

Катод (-)

Окисление

Восстановление

Электроды

Процессы на катоде 1.

Катионы активных металлов:

Li + , Cs + , Rb + , K + , Ba 2+ , Ca 2+ , Na + , Mg 2+ , Al 3+ , NH 4 +

Металлы не восстанавливаются, а восстанавливаются молекулы H 2 O :

2H 2 O + 2ē = H 2 ↑ + 2OH –

Процессы на катоде 2.

Катионы металлов средней активности

Mn 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Fe 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Sn 2+ , Pb 2+

Катионы металлов восстанавливаются совместно с молекулами воды:

Me n+ + nē = Me o

2H 2 O + 2ē = H 2 ↑+ 2OH –

Процессы на катоде 3.

Катионы водорода H +

Ионы H + восстанавливаются только при электролизе растворов кислот:

2 H + + 2ē = H 2 ↑

Процессы на катоде 4.

Катионы малоактивных металлов:

Cu 2+ , Hg 2+ , Ag + , Pt 2+ , Au 3+

Восстанавливаются только катионы металлов:

Me n + + n ē = Me o

Процессы на аноде 1-2

1) Анионы бескислородных кислот:

I – , Br – , S 2– , Cl –

Окисляются кислотные остатки

A m – – m ē = A o

2) Анионы OH –

Окисляются только при электролизе растворов щёлочей

4 OH – – 4ē = O 2 ↑+ 2H 2 O

Процессы на аноде 3-4.

3) Анионы кислородсодержащих кислот:

SO 4 2– , NO 3 – , CO 3 2– , PO 4 3–

Окисляются молекулы воды:

2 H 2 O – 4ē = O 2 ↑+ 4 H +

4) Анионы F –

Окисляются только молекулы воды

2H 2 O – 4ē = O 2 ↑ + 4H +

Если анод растворимый

• Анод растворимый (активный), изготовлен из Cu , Ag , Zn , Ni , Fe и др. металлы. Анионы не окисляются. Окисляется сам анод:
• Ме о – n ē = Me n +
• Катионы Me n + переходят в раствор. Масса анода уменьшается.

Электролиз расплавов

• Расплав KOH = K + + OH –
• (–) Катод: K + + 1ē = K o
• (+) Анод: 4 OH – – 4ē = O 2 ↑+ 2 H 2 O
• 4 K + + 4 OH – = O 2 ↑ + 2 H 2 O ↑+ 4 K
• 4 KOH → 4 K + O 2 ↑ + 2 H 2 O ↑

1.Соль активного металла и безкислородной кислоты

NaCl ↔ Na + + Cl -

K«катод»(-): Na + + 1e = Na 0

A« анод »(+): Cl - - 1e = Cl 0 ; Cl 0 +Cl 0 =Cl 2

Вывод: 2NaCl → (электролиз) 2Na + Cl 2

2.Соль активного металла и кислородовместительной кислоты

Na 2 SO 4 ↔2Na + +SO 4 2-

K(-): 2Na + +2e=2Na 0

A(+): 2SO 4 2- -4e=2SO 3 +O 2

2Na 2 SO 4 → ( электролиз ) 4Na + 2SO 3 + O 2

3. Гидроксил: активный металл и гидроксид-ион

NaOH ↔ Na + +OH -

K(-): Na + +1e=Na 0

A(+): 4OH - -4e=2H 2 O+O 2

Электролиз растворов солей

• CuCl 2 , раствор
• CuCl 2 → Cu 2+ + 2Cl - ( ЭД)
• Катод: Cu 2+ , H 2 O
• Cu 2+ + 2 e - → Cu 0 ( восстановление)
• Анод: Cl - , H 2 O
• 2 Cl - - 2 e - → Cl 2 0 (окисление)
• Cu 2+ + 2Cl - → Cu 0 + Cl 2 ↑
• 2 CuCl 2 → Cu 0 + Cl 2 ↑ (электролиз)

эл.ток

эл.ток

Электролиз CuCl 2

Электролиз раствора NaCl

• Раствор NaCl
• (–) Катод ← Na + Cl – → (+) Анод
• H 2 O H 2 O
• (–) Катод: 2 H 2 O + 2ē = H 2 ↑+ 2 OH –
• (+) Анод: 2 Cl – – 2ē = Cl 2 ↑
• 2 H 2 O + 2 Cl – = H 2 ↑ + Cl 2 ↑ + 2 OH –
• 2H 2 O+2NaCl=H 2 ↑+Cl 2 ↑+ 2NaOH

Если анод растворимый

• Анод растворимый.
• Электролиз раствора AgNO 3
• (анод растворимый – из Ag )
• (–) Катод: Ag + + 1ē = Ag o
• (+) Анод: Ag o – 1ē = Ag +
• Ag o + Ag + = Ag + + Ag o
• Электролиз сводится к переносу серебра с анода на катод.

Для запоминания катодных и анодных процессов в электрохимии существует следующее мнемоническое правило:

• На аноде анионы окисляются.
• На катоде катионы восстанавливаются.

(В первой строке все слова начинаются с гласной буквы, во второй - с согласной)

Применение электролиза.

• Для получения щёлочных, щёлочноземельных металлов, алюминия, лантаноидов
• Для получения точных металлических копий, что называется гальванопластикой
• Для защиты металлических изделий от коррозии и для придания декоративного вида. Отрасль прикладной электрохимии, которая занимается покрытием металлических изделий другими металлами называется ГАЛЬВАНОСТЕГИЕЙ.

Электролиз применяется при получении наиболее активных металлов(К, Na,Ca,Mg,Al ), некоторых активных металлов( Cl,F ), а также сложных веществ( NaOH,KOH,KClO ).Электролизом пользуются для покрытий металлических предметов никелем, хромом, цинком, оловом, золотом и тд.