Катодные процессы

При электролизе расплавов солей или щелочей на катоде происходит восстановление катионов металла: Меⁿ⁺ + ne = Ме

Чем больше величина стандартного электродного потенциала металла, тем легче происходит восстановление его ионов на катоде.

При электролизе водных растворов солей металлов стоящих в ряду напряжений после водорода на катоде разряжаются только катионы металла: Меⁿ⁺ + ne = Ме

Катионы активных металлов, стоящих в ряду напряжений до марганца, на катоде не разряжаются, в этом случае происходит восстановление молекул воды (нейтральная и щелочная среда): 2Н₂О + 2е = Н₂ + 2ОН^-

или ионов водорода (кислая среда): 2Н⁺ + 2е = Н₂

Катионы металлов остаются в водном растворе без изменения.

При электролизе водных растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжений от марганца (включительно) до водорода, на катоде одновременно восстанавливаются не только катионы металлов, но и молекулы воды:

Меⁿ⁺ + ne = Ме

2Н₂О + 2е = Н₂ + 2ОН^-

Анодные процессы

На аноде в водных растворах электролитов могут разряжаться анионы кислотных остатков или молекулы воды (электролиз с нерастворимым анодом). Если анионы кислотных остатков не содержат в своем составе кислорода (S^2-, I^-, Вг^-, Сl^-), то окисляются именно эти анионs, а не молекулы воды, и у анода выделяются хлор, бром, сера и т.д.:

2 Сl^- – 2е = С1₂

Кислородосодержащие анионы, у которых центральный атом имеет максимальную степень окисления (РО₄^3-, СО₃^2-, SO₄^2-, NO₃^- и др.) и анион F^-, в водных растворах на аноде не окисляются, в этом случае разряжаются молекулы воды (нейтральная и кислая среда): 2Н₂О - 4e = О₂ + 4Н⁺

При электролизе щелочных растворов окисляются гидроксид-ионы: 4ОН^- - 4е = О₂ + 2Н₂О.

Если электролиз проводится с анодами, изготовленными из металлов с более отрицательными потенциалами, чем потенциал присутствующих в растворе анионов и молекул воды, то происходит окисление материала анода (электролиз с растворимым анодом): Ме - ne = Меⁿ⁺

Практическая часть

Цель работы:

- изучить химическую активность некоторых металлов в связи с их положением в ряду напряжений металлов;

- изучить электрохимическую коррозию при контакте металлов;

- ознакомиться с защитными свойствами анодных и катодных покрытий;

- изучить электролиз растворов с нерастворимым и растворимым анодами.

Оборудование и материалы: штатив с пробирками, стаканы стеклянные, U-образная трубка, электроды угольные, источник постоянного тока.

Реактивы: магний мет., цинк мет., алюминий мет., медь мет., медная проволока, железо луженое, железо оцинкованное; растворы: хлорида алюминия, нитрата свинца, сульфата меди, нитрата ртути, соляной кислоты (2 н.), серной кислоты (0,1 н.), красной кровяной соли Кз[Fе(СN)₆], иодида калия, сульфата натри, фенолфталеина, лакмуса нейтрального

Ход работы

1. Электродные потенциалы и химическая активность металлов

Опыт 1. Вытеснение одних металлов другими

В четыре пробирки опустить по кусочку цинка и налить по 5 - 10 капель растворов следующих солей: АIСI₃, Рb(NОз)₂, СuS0₄, Нg(NОз)₂. Наблюдать происходящие явления и сделать вывод о том, какие металлы цинк вытесняет из растворов их солей. Написать уравнения реакций. Указать восстановитель и окислитель.

Опыт 2. Вытеснение водорода из кислот металлами

В четыре пробирки поместить порознь по кусочку магния, алюминия, цинка, меди. Затем в каждую пробирку налить по 5 капель соляной кислоты. Наблюдать, какие из взятых металлов вытесняют водород из кислоты. Написать уравнения реакций. Указать восстановитель и окислитель.

Сделать вывод о том, какие металлы могут вытеснять водород из растворов кислот.