химия семестровая

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

Факультет «Приборостроительный»

Кафедра «Системы управления летательных аппаратов»

Электролиз

СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Общая химия»

Проверил,

В.А. Смолко

31.10.2012г.

Автор работы

студентка группы ПС-104

А. Б. Зайнуллина

31.10.2012г.

Работа сдана

с оценкой (прописью, цифрой)

____________________

________________2012г.

Челябинск 2012

Теоретический вопрос:

Процессы, происходящие на аноде электролизёра

Электрод, подключенный к положительному полюсу источника тока, называется анодом .

Характер процессов окисления на аноде и восстановления на катоде зависит от условий электролиза. При этом соблюдается строгая очередность разряда ионов.

На аноде, в первую очередь, должны окисляться наиболее сильные восстановители – вещества, имеющие наиболее отрицательное значение электродных (окислительно – восстановительных) потенциалов.

В зависимости от условий электролиза, на аноде принципиально возможны следующие окислительные процессы:

– окисление анионов кислотных остатков, например

2Сl^– - 2e = Cl₂ процесс 1

– окисление анионов гидроксила

4ОН^- – 4e = 2O₂ + 2H₂O процесс 2

– окисление молекул воды

2H₂О – 4e = O2 + 4H⁺ процесс 3

– окисление материала анода

Me⁰ – ne = Me⁺ⁿ процесс 4.

Различают электролиз, протекающий с участием активных и инертных электродов.

Электрод (анод), материал которого может окисляться в процессе электролиза, называется активным (растворимым) электродом.

Примером активных электродов могут служить медный электрод, используемый при электролизе водного раствора сульфата меди, цинковый, серебряный и другие электроды. В результате процесса электролиза материал электрода растворяется.

Не окисляющийся в процессе электролиза и служащий только для подвода электрического тока электрод называется инертным.

Инертные электроды изготавливают из графита, угля, золота, платиновых металлов, нержавеющей стали и некоторых других материалов.

Рассматривая процессы окисления анионов на аноде при электролизе, также следует обращать внимание на ряд моментов.

При электролизе водных растворов солей у анода могут разряжаться или анионы кислотных остатков или гидроксильные ионы, образующиеся при диссоциации воды.

Если ионы кислотных остатков не содержат кислород (Cl^–, Br^–, S^2–, CN^– и др.), то обычно разряжаются именно эти ионы, а не гидроксильные ионы, которые теряют свой заряд значительно труднее.

Так, например, при электролизе водных растворов хлоридов и сульфидов у анода выделяются соответственно Cl₂, S.

Если электролизу подвергается соль кислородсодержащей кислоты или сама кислородсодержащая кислота, то на аноде разряжаются не анионы кислотных остатков кислородсодержащих кислот, а гидроксильные ионы из воды.

При этом, образующиеся при разряде гидроксильных ионов нейтральные группы ОН0, тотчас же разлагаются с образованием кислорода и воды:

4OH^– – 4e  4OH⁰ и далее: 4OH⁰  O₂ + 2H₂O.

В результате, при электролизе растворов кислородсодержащих солей или самих кислородсодержащих кислот на аноде выделяется кислород.

Поскольку концентрация гидроксильных ионов в водных растворах кислот и солей очень мала, то, фактически, происходит окисление молекул воды:

2H₂О – 4e = O₂ + 4H⁺

Таким образом, при электролизе принципиально возможно протекание на электродах различных анодных (процессы 1– 4) процессов. Вероятность каждого из них зависит от целого ряда факторов (температуры, концентрации раствора, рН среды, силы тока, материала электродов и др.). Поэтому, для определения продуктов электролиза водных растворов электролитов следует пользоваться следующими практическими правилами.

Процессы окисления на аноде

 Зависят от материала анода.

 Если анод нерастворимый (инертный), то в первую очередь на нем окисляются анионы бескислородных кислот (за исключением иона фтора F^–)

2Сl^– – 2e = Cl₂ процесс 1.

 Анионы кислородсодержащих кислот (оксокислот), например, SO₄^2–, NO^3–, СО3^2–, РO4^3–, а также фторид ион (F^–), не окисляются при электролизе водных растворов. При этом на аноде идет процесс окисления молекул Н₂О:

2H₂О – 4e = O₂ + 4H⁺ процесс 3.

 При электролизе растворов щелочей на аноде окисляются ионы ОН^– и, в результате, выделяется кислород :

4ОН^– – 4e = 2O₂ + 2H₂O процесс 2.

 При наличии в растворе различных анионов, они окисляются в порядке возрастания величины их окислительно-восстановительного потенциала:

- сначала окисляются анионы бескислородных кислот;

- затем окисляются молекулы Н₂О (в щелочной среде – ионы ОН^–);

- анионы кислородсодержащих кислот (оксокислот) и ионы фтора F^­– остаются в растворе без изменения.

 Если проводится электролиз с активным электродом (растворимым анодом), то на нем протекает процесс окисления материала анода:

Me⁰ – ne = Me⁺ⁿ процесс 4.

Описание процесса электролиза водного раствора

Составим схему процесса электролиза:

Атмосферный воздух; pH<7

A(+) (-)K

Ag Ag

Наибольшим электродным потенциалом обладает процесс восстановления ионов никеля. Следовательно, в соответствии с правилом, будет происходить процесс:

Наименьшим электродным

потенциалом обладает процесс

окисления никеля. Следовательно,

будет происходить процесс:

Рассчитаем теоретическую массу никеля, выделившегося на электроде по объединенному закону Фарадея, формула (4.3)

(4.3)

где: I – cила тока I=5A;

r – время r=30мин=1800с;

–молярная масса эквивалента вещества =107,868 г/моль;

n – число нужных для образования вещества на электроде n=1;

F – число Фарадея F≈ 96500 Кл/моль;

Из формулы (4.4) «Выход по току» выразим значение реальной массы полученного при электролизе вещества, учитываем что

(4.4)