Medžiagų lydalų ir tirpalų elektrolizė. Cheminių užduočių sprendimas pagal Faradėjaus dėsnį vidurinės mokyklos kurse Pavyzdys: Vandeninio vario chlorido tirpalo elektrolizė ant inertinių elektrodų

Elektrolizė yra procesas, kurio metu elektros energija paverčiama chemine energija. Šis procesas vyksta ant elektrodų, veikiant nuolatinei srovei. Kokie yra lydalų ir tirpalų elektrolizės produktai ir kas įtraukta į „elektrolizės“ sąvoką.

Išlydytų druskų elektrolizė

Elektrolizė yra redokso reakcija, vykstanti ant elektrodų, kai per tirpalą arba išlydytą elektrolitą teka nuolatinė elektros srovė.

Ryžiai. 1. Elektrolizės samprata.

Chaotiškas jonų judėjimas veikiant srovei tampa tvarkingas. Anijonai pereina į teigiamą elektrodą (anodą) ir oksiduojasi ant jo, atiduodami elektronus. Katijonai pereina į neigiamą polių (katodą) ir jame redukuojami, priimdami elektronus.

Elektrodai gali būti inertiški (metaliniai iš platinos arba aukso arba nemetaliniai iš anglies ar grafito) arba aktyvūs. Tokiu atveju anodas ištirpsta elektrolizės metu (tirpus anodas). Jis pagamintas iš metalų, tokių kaip chromas, nikelis, cinkas, sidabras, varis ir kt.

Išlydytų druskų elektrolizės metu katode išsiskiria šarmai, oksidai, metalų katijonai, susidarant paprastoms medžiagoms. Lydalų elektrolizė yra pramoninis metalų, tokių kaip natris, kalis, kalcis (išlydytų druskų elektrolizė) ir aliuminio (išlydyto aliuminio oksido Al 2 O 3 elektrolizė kriolite Na 3 AlF 6, naudojamas oksido perkėlimui palengvinti, gamybos metodas iki lydalo). Pavyzdžiui, natrio chlorido lydalo elektrolizės schema yra tokia:

NaCl Na + + Cl -

Katodas(-) (Na +): Na + + e= Na 0

Anodas(-) (Cl -): Cl - - e= Cl 0, 2Cl 0 = Cl 2

Apibendrintas procesas:

2Na + + 2Cl- = elektrolizė 2Na + 2Cl 2

2NaCl = elektrolizė 2Na + Cl 2

Kartu su šarminio metalo natrio gamyba, druskos elektrolizės būdu gaunamas chloras.

Druskų tirpalų elektrolizė

Jei druskos tirpalai yra elektrolizuojami, kartu su jonais, susidarančiais druskos disociacijos metu, ant elektrodų gali oksiduotis arba redukuotis ir vanduo.

Vandeniniuose tirpaluose elektroduose yra tam tikra jonų išleidimo seka.

1. Kuo didesnis metalo standartinis elektrodo potencialas, tuo lengviau jį atkurti. Kitaip tariant, kuo labiau į dešinę metalas yra elektrocheminėje įtampų serijoje, tuo lengviau jo jonai bus redukuojami katode. Elektrolizuojant metalų druskų tirpalus iš ličio į aliuminį imtinai, vandens molekulės visada redukuojamos katode:

2H 2O + 2e = H2 + 2OH-

Jei metalo druskų tirpalai yra elektrolizuojami, pradedant nuo vario ir į dešinę nuo vario, katode redukuojami tik metalo katijonai. Metalų druskų elektrolizės metu iš mangano MN į švino Pb gali būti redukuojami ir metalo katijonai, ir kai kuriais atvejais vanduo.

2. Rūgščių likučių anijonai (išskyrus F-) oksiduojasi prie anodo. Jei deguonies turinčių rūgščių druskos yra elektrolizuojamos, rūgščių likučių anijonai lieka tirpale, vanduo oksiduojamas:

2H2O-4e = O2 + 4H+

3. Jei anodas yra tirpus, tada vyksta paties anodo oksidacija ir tirpimas:

Pavyzdys: natrio sulfato Na 2 SO 4 vandeninio tirpalo elektrolizė:

2 modulis. Pagrindiniai chemijos procesai ir medžiagų savybės

Laboratorinis darbas Nr.7

Tema: Vandeninių druskų tirpalų elektrolizė

Elektrolizė vadinamas redokso procesu, kuris vyksta ant elektrodų elektros srovei tekant per tirpalą arba išlydytą elektrolitą.

Kai per elektrolito tirpalą arba lydalą teka nuolatinė elektros srovė, katijonai juda į katodą, o anijonai – į anodą. Ant elektrodų vyksta redokso procesai; Katodas yra reduktorius, nes jis perduoda elektronus katijonams, o anodas yra oksidatorius, nes jis priima elektronus iš anijonų. Elektroduose vykstančios reakcijos priklauso nuo elektrolito sudėties, tirpiklio pobūdžio, elektrodų medžiagos ir elektrolizatoriaus veikimo būdo.

Kalcio chlorido lydalo elektrolizės proceso chemija:

CaCl 2 ↔ Ca 2+ + 2Cl -

prie katodo Ca 2+ + 2e → Ca °

prie anodo 2Сl - - 2е → 2С1 ° → С1 2

Kalio sulfato tirpalo elektrolizė ant netirpaus anodo schematiškai atrodo taip:

K 2 SO 4 ↔ 2K + + SO 4 2 -

H 2 O ↔ H + + OH -

prie katodo 2Н + + 2е → 2Н ° → Н 2 2

prie anodo 4OH - 4e → О 2 + 4Н + 1

K 2 SO 4 + 4H 2 O 2H 2 + O 2 + 2K0H + H 2 SO 4

Darbo tikslas: supažindinimas su druskų tirpalų elektrolize.

Prietaisai ir įranga: elektros srovės lygintuvas, elektrolizatorius, anglies elektrodai, švitrinis popierius, puodeliai, skalbimo butelis.

Ryžiai. 1. Įrenginys, skirtas atlikti

elektrolizė

1 - elektrolizatorius;

2 - elektrodai;

3-laidūs laidai; nuolatinės srovės šaltinis.

Reagentai ir tirpalai: 5 % vario chlorido CuCl 2, kalio jodido KI tirpalai , kalio vandenilio sulfatas KHSO 4, natrio sulfatas Na 2 SO 4, vario sulfatas CuSO 4, cinko sulfatas ZnSO 4, 20 % natrio hidroksido NaOH tirpalas, vario ir nikelio plokštelės, fenolftaleino tirpalas, azoto rūgštis (konc.) 1 % HNO 3, tirpalas, neutralus lakmuso popierius, 10% sieros rūgšties H 2 SO 4 tirpalas.

1 eksperimentas. Vario chlorido elektrolizė netirpiais elektrodais

Pripildykite elektrolizatorių iki pusės tūrio 5% vario chlorido tirpalu. Nuleiskite abi elektrolizatoriaus alkūnes išilgai grafito strypo, laisvai pritvirtinkite segmentais ir guminiu vamzdeliu. Elektrodų galus su laidininkais prijunkite prie nuolatinės srovės šaltinių. Jei jaučiate nedidelį chloro kvapą, nedelsdami atjunkite elektrolizatorių nuo maitinimo šaltinio. Kas vyksta ant katodo? Sudarykite elektrodų reakcijų lygtis.

2 eksperimentas. Kalio jodido elektrolizė netirpiais elektrodais

Užpildykite ląstelę 5% kalio jodido tirpalu. į kiekvieną kelį įlašinkite 2 lašus fenolftaleino. Įdėti v kiekvieną elektrolizės elemento grafito elektrodų alkūnę ir prijunkite juos prie nuolatinės srovės šaltinio.

Kuriame kelyje ir kodėl tirpalas nusidažė? Į kiekvieną kelį įlašinkite 1 lašą krakmolo pastos. Kur ir kodėl išsiskiria jodas? Sudarykite elektrodų reakcijų lygtis. Kas susidarė katodo erdvėje?

3 eksperimentas. Natrio sulfato elektrolizė netirpiais elektrodais

Pusę ląstelės tūrio užpildykite 5% natrio sulfato tirpalu ir į kiekvieną alkūnę įlašinkite po 2 lašus metilo apelsino arba lakmuso. Įkiškite elektrodus į abi alkūnes ir prijunkite prie nuolatinės srovės šaltinio. Užsirašykite savo pastebėjimus. Kodėl skirtingų elektrodų elektrolitų tirpalai yra skirtingos spalvos? Sudarykite elektrodų reakcijų lygtis. Kokios dujos ir kodėl išsiskiria prie elektrodų? Kokia yra natrio sulfato vandeninio tirpalo elektrolizės proceso esmė

Elektrolizė yra redokso reakcija, kuri vyksta ant elektrodų, jei per lydalą arba elektrolito tirpalą teka nuolatinė elektros srovė.

Katodas yra reduktorius, kuris atiduoda elektronus katijonams.

Anodas yra oksidatorius, kuris priima elektronus iš anijonų.

Elektroduose vykstantys procesai lydalo elektrolizės metu

(nepriklauso nuo elektrodų medžiagos ir jonų pobūdžio).

1. Anijonai ( Esu -; OI -

A m - - m ē → A °; 4 OH - - 4ē → O 2 + 2 H 2 O (oksidacijos procesai).

2. Prie katodo katijonai išsiskiria ( Me n +, H + ), virsta neutraliais atomais arba molekulėmis:

Me n + + n ē → Me °; 2 H + + 2ē → H 2 0 (atkūrimo procesai).

Elektroduose vykstantys procesai tirpalų elektrolizės metu

LYDYMO ELEKTROLIZE

1 pratimas... Padarykite natrio bromido lydalo elektrolizės schemą. (Algoritmas 1.)

2 užduotis... Padarykite natrio hidroksido lydalo elektrolizės schemą. (Algoritmas 2.)

3 užduotis.Padarykite natrio sulfato lydalo elektrolizės schemą. (3 algoritmas.)

TIRPALŲ ELEKTROLIZE

1 pratimas.Nubraižykite vandeninio natrio chlorido tirpalo elektrolizės schemą naudojant inertinius elektrodus. (Algoritmas 1.)

2 užduotis.Nubraižykite vandeninio vario sulfato tirpalo elektrolizės schemą ( II ) naudojant inertinius elektrodus. (Algoritmas 2.)

3 užduotis.Nubraižykite vandeninio natrio hidroksido tirpalo elektrolizės schemą naudojant inertinius elektrodus. (3 algoritmas.)

Prisiminti.Deguonies turinčių rūgščių elektrolizėje (H 2 SO 4 ir kt.), bazės (NaOH, Ca (OH) 2 ir kt.) , aktyvių metalų druskos ir deguonies turinčios rūgštys(K 2 SO 4 ir kt.) Vandens elektrolizė vyksta ant elektrodų: 2 H 2 O = 2 H 2 + O 2

4 užduotis.Nubraižykite vandeninio sidabro nitrato tirpalo elektrolizės schemą, naudojant anodą iš sidabro, t.y. anodas yra tirpus. (4 algoritmas.)

Rusijos Federacijos švietimo ministerija

Vladimiro valstybinis universitetas

Chemijos ir ekologijos katedra

Laboratorinis darbas Nr.6

Elektrolizė

Atlieka MTS grupės studentas - 104

Sazonova E.V.

Grishina E.P.

Vladimiras 2005 m

Darbo tikslas.

Trumpas teorinis įvadas.

Prietaisai ir reagentai.

Darbo eiga, stebėjimai, reakcijų lygtys.

Darbo tikslas.

Stebėkite įvairių tirpalų elektrolizę, sudarykite atitinkamas reakcijų lygtis.

Trumpas teorinis įvadas

Elektrolizė- redokso procesai, vykstantys ant elektrodų, kai per elektrolito tirpalą arba lydalą teka nuolatinė elektros srovė. Elektrolizė atliekama naudojant nuolatinės srovės šaltinius įrenginiuose, vadinamuose elektrolizatoriais.

Katodas- elektrodas, prijungtas prie neigiamo srovės šaltinio poliaus. Anodas- prie teigiamo poliaus prijungtas elektrodas. Anode vyksta oksidacijos reakcijos, katode – redukcija.

Elektrolizės procesai gali vykti su tirpiu arba netirpiu anodu. Metalas, iš kurio pagamintas anodas, tiesiogiai dalyvauja oksidacijos reakcijoje, t.y. atsisako elektronų ir jonų pavidalu pereina į tirpalą arba išlydytą elektrolitą.

Netirpūs anodai patys tiesiogiai nedalyvauja oksidaciniame procese, o yra tik elektronų nešėjai. Kaip netirpūs anodai gali būti naudojami grafitas, inertiniai metalai, tokie kaip platina, iridis ir kt.. Ant netirpių anodų vyksta tam tikro tirpalo reduktorius oksidacijos reakcija.

Apibūdinant katodines reakcijas reikia turėti omenyje, kad metalo jonų redukcijos seka priklauso nuo metalo padėties įtampų eilėje ir nuo jų koncentracijos tirpale.turi didesnį teigiamą potencialą. Jeigu dviejų metalų potencialai artimi, tai stebimas bendras dviejų metalų nusodinimas, t.y. susidaro lydinys. Tirpaluose, kuriuose yra šarminių ir šarminių žemės metalų jonų, elektrolizės metu katode išsiskiria tik vandenilis.

Prietaisai ir reagentai

Lygintuvas; ampermetras; trikojis; spaustukai; jungiamieji laidai; grafito elektrodai; elektrolizatorius. Natrio chlorido tirpalas 0,1 M, natrio sulfato tirpalas 0,1 M, vario (II) sulfato tirpalas 0,1 M, kalio jodido tirpalas 0,1 M; fenolftaleinas, lakmusas.

Darbo eiga

Natrio chlorido tirpalo elektrolizė

Pritvirtinkite elektrolizatorių, kuris yra U formos stiklinis vamzdis, ant trikojo. Į jį supilkite 2/3 natrio chlorido tirpalo tūrio. Įkiškite elektrodus į abi vamzdžio angas ir įjunkite nuolatinę srovę, kurios įtampa yra 4 - 6 V. Švino elektrolizė 3 - 5 minutes.

Po to į katodo tirpalą įlašinkite kelis lašus fenolftaleino, o į anodo tirpalą – kelis lašus kalio jodido tirpalo. Stebėkite tirpalo spalvą prie katodo ir prie anodo. Kokie procesai vyksta katode ir anode? Parašykite prie katodo ir anodo vykstančių reakcijų lygtis. Kaip pasikeitė terpės pobūdis tirpale prie katodo.

Stebėjimas: Prie katodo, į kurį buvo lašinamas fenolftaleinas, tirpalas įgavo tamsiai raudoną spalvą. Cl 2 atsigavo prie anodo. Įdėjus krakmolo, tirpalas tapo purpurinis.

Reakcijos lygtis:

NaCl ↔ Na + + Cl -

anodas: 2Cl - - 2e → Cl 2

2H 2O + Cl - → H 2 + Cl 2 + 2OH -

2 NaCl + 2H 2 O → H2 + 2NaOH + Cl 2

prie katodo prie anodo

Natrio sulfato tirpalo elektrolizė

Į elektrolizatorių supilkite natrio sulfato tirpalą. Į tirpalą į katodą ir anodą įlašinkite kelis lašus neutralaus lakmuso. Įjunkite srovę ir po 3 - 5 minučių stebėkite elektrolito spalvos pasikeitimą katodo ir anodo erdvėse.

Parašykite prie katodo ir anodo vykstančių reakcijų lygtis. Kaip pasikeitė terpės pobūdis tirpalo artimojo katodo ir beveik anodo erdvėse?

Stebėjimas: tirpalas artimoje katodinėje erdvėje tapo raudonas, artimoje anodo erdvėje - mėlynas.

Reakcijos lygtis:

Na 2 SO 4 ↔ 2Na + + SO 4 2-

katodas: 2H 2O + 2e → H2 + 2OH -

anodas: 2H 2 O - 4e → O 2 + 4H +

4OH--4H+ → 4H2O

2H 2 O → 2H 2 + O 2

II)

Į elektrolizatorių supilkite vario (II) sulfato tirpalą. Praleiskite srovę 5–10 minučių, kol ant katodo atsiras pastebimas rausvo vario sluoksnis. Sudarykite elektrodų reakcijų lygtį.

Stebėjimas: ant katodo nusėda rausvos spalvos nuosėdos – varis.

Reakcijos lygtis:

CuSO 4 ↔ Cu 2+ + SO 4 -

katodas: Cu 2+ + 2e → Cu

anodas: 2H 2 O - 4e → O 2 + 4H +

2Cu 2+ + 2H 2O → 2Cu + O2 + 4H+

2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + O2 + 2H2SO4

Vario sulfato tirpalo elektrolizė (II) naudojant tirpų anodą

Po trečiojo eksperimento naudokite elektrolizatorių su tirpalu ir elektrodais. Perjunkite elektrodų polius srovės šaltinio gnybtuose. Po to elektrodas, kuris buvo katodas, dabar bus anodas, o elektrodas, kuris buvo anodas, bus katodas. Taigi, elektrodas, padengtas variu ankstesniame eksperimente, atliks tirpaus anodo vaidmenį šiame eksperimente. Atlikite elektrolizę, kol varis visiškai ištirps prie anodo.

Kas vyksta ant katodo? Parašykite reakcijų lygtis.

Stebėjimas: varis patenka į tirpalą iš anodo (buvęs katodas), o jo jonai nusėda ant katodo (buvusio anodo).

Reakcijos lygtis:

CuSO 4 ↔ Cu 2+ + SO 4 -

katodas: Cu 2+ + 2e → Cu

anodas: Cu 2+ - 2e → Cu

Išvada: Darbo metu stebėjau elektrolizės procesą ir surašiau atitinkamas reakcijų lygtis.