Электролиз растворов электролитов с растворимым анодом.
Лекции.ИНФО


Электролиз растворов электролитов с растворимым анодом.



KatAn → Kat+ + An

 
 


Катод: (вос-е) Анод: (ок-е)

Kat++2О) An; ОН‾(Н2О)

Возможные процессы:

Katn+ + nē → Kat0 Ann‾ - nē → An0

+ + 2ē → Н20 4ОН‾ - 4ē → О20 + 2Н2О

Ме0 – nē → Men+

(растворимый анод)

Выводы:

1. В этом случае в качестве анода используется металл, который сам и окисляется на аноде и затем восстанавливается на катоде.

2. Находит широкое применение или для получения металлических покрытий (никелирование, хромирование и т.д.), или для очистки металла от примесей других металлов (получение электролитической меди).

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ: “ЭЛЕКТРОЛИЗ”

Задача № 1

Какие процессы происходят на электродах при электролизе раствора Na2SO4, рН = 7, электроды угольные.

Na2SO4 → 2 Na+ + SO42‾

Катод – вос-е Анод – ок-ие

Na++2О) SO42‾; ОН‾(Н2О)

Возможные процессы:

Na+ + ē → Na0 2SO42‾ - 2ē → S2O82-

2О + 2ē → Н20 + 2 ОН‾ 2Н2О - 4ē → О20 + 4Н+

φр Na+/Na = - 2,71 В (табл.1) φр 2SO42-/S2O82- = + 2,05В (табл.2)

φр +2 = - 0,059·рН - ηН2 φрО2/ОН‾ = 1,23 – 0,059 · рН + ηО2

К(С) А(С)

ηН2 = 0 (табл. 4) ηО2 = 1,17

К(С) А(С)

φр +2 = - 0,059·7 – 0 = - 0,41В φрО2/ОН‾ = 1,23 – 0,059·7+1,17 = 1,987В

φр +2 > φр Na+/Na=> выделяется φр 2SO42-/S2O82 > φрО2/ОН‾ => окисляется

только водород из воды только кислород из воды.

Около катода ионы ОН‾ - среда около анода ионы Н+ - среда кислая

щелочная

 

 

2О + 2ē → Н20 + 2 ОН‾ 2Н2О - 4ē → О20 + 4Н+

Na2SO4 + 2 H2O → H2↑ + O2↑ + Na2SO4

(K) (A)

2 H2O → H2↑ + O2

(K) (A)

Задача № 2

Какие процессы происходят на электродах при электролизе раствора CuSO4, рН=6 (К: С, А: Сu).

CuSO4 → Cu2+ + SO42‾

Катод: вос-ие Анод: ок-ие

 

Cu2+; Н+2О) SO42‾; ОН‾(Н2О); Cu0.

Возможные процессы:

 

Cu2+ + 2ē → Cu0 2SO42‾ - 2ē → S2O82-

2О + 2ē → Н20 + 2 ОН‾ 2Н2О - 4ē → О20 + 4Н+

Cu0 - 2ē → Cu2+

φр Cu2+/Cu0 = + 0,34В (табл.1) φр Cu2+/Cu0 = + 0,34В

φр +2 = - 0,059·рН - ηН2 φрО2/ОН‾ = 1,23 – 0,059 · рН + ηО2

К(С) А(С)

φр 2SO42-/S2O82- = + 2,05В (табл.2)

ηН2 = 0 (табл. 4) ηО2 = 1,05

К(С) А(Сu)

φр +2 = - 0,059·6 – 0 = - 0,354В φрО2/ОН‾ = 1,23 – 0,059·6+1,05 = 1,926В

φр +2 < φр Cu2+/Cu0=> восстанавли- φр 2SO42-/S2O82 > φрО2/ОН‾ > φр Cu2+/Cu0 =>

вается медь окисляется сам анод (медный).

Cu2+ + 2ē → Cu0 Cu0 - 2ē → Cu2+

Около катода ионы Н+ - среда кислая около анода ионы ОН - среда щел-ная

СuSO4 + 2 H2O + Cu → Cu0 + Cu2+ + H2SO4 + 2OH‾

(К) (A)

ТЕМА 13. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ-

разрушение металла под действием агрессивной среды электролита с возникновением внутри системы электрического тока.

Механизм: на поверхности металла возникают микрогальванические пары, которые отличаются от обычного гальванического элемента тем, что они короткозамкнуты, т.е. (А) и (К) рядом. Роль проводника I рода играет сам корродируемый металл и возникает направленное движение электронов – электрический ток.

 

Анод Катод

       
 
   
 


(1) (А) зона: окисление (K) зона: восстановление

Oxe Red

Ме0 - nē ↔ Ме2+ окисленная + nē ↔ восстановленная

форма форма

Поляризация-освобождение и сме- Деполяризация – уничтожение,

щение электронов в ходе анодного про- связывание электронов в ходе катод-

цесса ного процесса окислителем.

Деполяризаторы – вещества, связывающие электроны

Самые распространённые: 1. катионы водорода (водородная деполяризация)

2. молекулы кислорода, растворённые в электролите

(кислородная деполяризация)

Химизм деполяризации.

Кислая среда (рН<7) Щелочная среда (рН>7)

Водородная деполяризация Нейтральная (рН=7)

1) 2Н+ + 2ē ↔ Н2↑ 1) 2Н+ + 2ē ↔ Н2

2 Н2О + 2ē ↔ Н2↑ + 2 ОН‾

Кислородная деполяризация

2) О2 +4ē + 4Н+ ↔ 2Н2О О2 +4ē + 2Н2О ↔ 4ОН‾

Выводы:

1.На катоде имеет место конкуренция за преимущественное связывание электронов между катионами водорода и молекулами О2, растворенными в электролите.

2.Пойдет тот процесс, потенциал которого больше (φ0max>).

3.Электрохимическая коррозия возможна, если потенциал любой катодной реакции больше, чем потенциал анодного процесса.

4.Катодные процессы водородной и кислородной деполяризации рассчитываются с доступом кислорода воздуха по формулам:

φрн2/2Н+ = 0,186 – 0,059 · рН - ηН2

Ме(К)

φрo2/2oн- = 1,21 – 0,059 · рН - ηО2

Ме(К)

 

РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ:

«ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ»

 

Возможна ли коррозия оцинкованного железа при рН = 2, с доступом кислорода воздуха.

Дано: Fe/Zn, рН = 2, с кислородом воздуха.

1. Выписываем φр анодного и катодного процесса (из табл. 3) при рН=2

φрFe0/Fe2+ = - 0,32В

φрZn0/Zn2+ = -0,84В

2. Т.к. φрZn0/Zn2+ < φрFe0/Fe2+, => Zn – (A), Fe – (K).

 

3. Химизм: (А) окисление: Zn0 - 2ē ↔ Zn2+


(К) восстановление: 2Н+ + 2ē ↔ Н2↑ (водородная деполяризация)

О2 +4ē + 4Н+ ↔ 2Н2О (кислородная деполяризация)

4. ηН2 = 0,34 (табл. 4)

Fe(К)

ηО2 = 1,07

Fe(К)

Рассчитываем потенциалы катодных процессов по формуле.

φр +2 = 0,186 - 0,059·рН - ηН2 = 0,186 – 0,059·2 – 0,34 = - 0,272В

Fe(К)

 

φрО2/2 НОН = 1,21 – 0,059·рН - ηО2 = 1,21 – 0,059·2 – 1,07 = + 0,022В

Fe(К)

6. Определяем возможность коррозии:

а) (А) – 0,84В < (К) – 0,272В => коррозия возможна, идёт водородная деполяризация.

(А) – 0,84В < (К) + 0,022В => коррозия вожможна, идёт кислородная деполяризация.

б) ЭДС1 = - 0,272 – (-0,84) = + 0,568В

ЭДС2 = 0,022 – (- 0,84) = + 0,862В >

 

7. Вывод: коррозия возможна, Zn будет окисляться и катионами водорода, и молекулами кислорода, растворёнными в электролите, но т.к. ЭДС2 > ЭДС1, идёт предпочтительнее коррозия с кислородной деполяризацией.

 

 

Раздел II. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬННОЙ РАБОТЫ

 

Задание № 1









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-26; Просмотров: 86;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная