Sa panahon ng electrolysis ng hydrochloric acid. Electrolysis ng mga natutunaw at mga solusyon ng electrolytes. Takdang-aralin para sa mga mag-aaral

ELECTROLYSIS

natutunaw at mga solusyon ng electrolytes

sa pamamagitan ng electrolysis tinatawag na hanay ng mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa panahon ng pagpasa ng direktang kasalukuyang sa pamamagitan ng isang electrochemical system na binubuo ng dalawang electrodes at isang electrolyte melt o solusyon.

Ang kemikal na kakanyahan ng electrolysis ay nakasalalay sa katotohanan na ito ay isang redox na reaksyon na nagaganap sa ilalim ng impluwensya ng isang direktang electric current, at ang mga proseso ng oksihenasyon at pagbabawas ay spatially na pinaghihiwalay.

Cathode - isang elektrod kung saan ang mga kasyon o tubig ay nababawasan. Ito ay may negatibong singil.

Anode - isang elektrod kung saan ang mga anion o tubig ay na-oxidized. Ito ay positibong sisingilin.

1. Electrolysis ng mga natutunaw ng mga asing-gamot, mga base.

Sa panahon ng electrolysis ng mga natutunaw, ang mga metal cation ay palaging nababawasan sa katod.

K(-): Lalaki+ + nē → Ako0

Ang proseso ng anodic ay tinutukoy ng komposisyon ng anion:

a) Kung ang anion ng isang oxygen-free acid (Cl-, Br-, I-, S2-), kung gayon ang anion na ito ay sumasailalim sa anodic oxidation at isang simpleng sangkap ay nabuo:

A(+): 2Cl - - 2ē → Cl2 o A(+): S2- - 2ē → S0

b) Kung ang isang oxygen-containing anion (SO42-, SiO32-, HO-, atbp.) ay napapailalim sa anodic oxidation, kung gayon ang non-metal ay bumubuo ng isang oxide (nang hindi binabago ang estado ng oksihenasyon nito) at ang oxygen ay inilabas.

A(+): 2SiO32-- 4ē → 2SiO2 + О2

A(+): 2SO32-- 4ē → 2SO2 + O2

A(+): 4РO43-- 12ē → 2Р2O5 + 3О2

A(+): 4NO3-- 4ē → 2N2O5 + О2

A(+): 4HO-- 4ē → 2H2O + O2

Halimbawa 1.1. Nilusaw na Asin ZnCl2

ZnCl2 Û Zn2+ + 2Cl-

S: ZnCl2 electrolysis ng Zn + Cl2

Halimbawa 1.2. Natutunaw ng alkali ang NaOH

NaOH Û Na+ + OH-

Ang kabuuang equation ng electrolysis ay nakuha sa pamamagitan ng pagdaragdag ng kanan at kaliwang bahagi ng mga equation, sa kondisyon na ang mga electron na kasangkot sa mga proseso ng cathode at anode ay pantay.

https://pandia.ru/text/80/299/images/image006_58.gif" width="70" height="12">4 Na+ + 4 ē + 4 OH - - 4 ē electrolysis 4 Na0 + O2 + 2H2O

4 Na+ + 4 OH - electrolysis 4 Na0 + O2 + 2H2O - ionic equation

4NaOH electrolysis 4Na + 2H2O + O2 - molecular equation

Halimbawa 1.3. Natunaw na asin Na2SO4

Na2SO4 Û 2Na+ + SO42-

K(-): Na+ + 1 ē Þ Nao *4

A(+): 2SO42- - 4 ē Þ O2 + 2SO3

4Na+ +2SO42- Þ 2Nao + O2 + 2SO3 – ionic electrolysis equation

2Na2SO4 electrolysis 4Nao + O2 + 2SO3 - molecular equation

K A

Halimbawa 1.4. Nilusaw na asin AgNO3

AgNO3 Û Ag+ + NO3-

K(-): Ag+ + 1 ē Þ Ago *4

A(+): 4NO3- - 4 ē Þ 2N2O5 + 2O2 *1

4Ag+ + 4NO3- electrolysis 4Ag + 2N2O5 + 2O2

4AgNO3 electrolysis 4Ag + 2N2O5 +2O2

K A

Mga gawain para sa malayang gawain . Bumuo ng mga equation para sa electrolysis ng mga natutunaw ng mga sumusunod na asing-gamot: AlCl3, Cr2(SO4)3, Na2SiO3, K2CO3.

2. Electrolysis ng mga solusyon ng salts, hydroxides at acids.

Ang electrolysis ng mga may tubig na solusyon ay kumplikado sa pamamagitan ng katotohanan na ang tubig ay maaaring makilahok sa mga proseso ng oksihenasyon at pagbawas.

mga prosesong cathodic tinutukoy ng electrochemical activity ng salt cation. Ang higit pa sa kaliwa ang metal ay nasa serye ng boltahe, mas mahirap para sa mga kasyon nito na mabawasan sa katod:

Li K Ca Na mg Sinabi ni Al Mn Zn Cr Sinabi ni Te Ni sn Pb H2 Cu hg Ag Pt Au

ako pangkatIIpangkatIIIpangkat

Para sa mga metal na kasyon hanggang sa Al inclusive (pangkat I), ang prosesong cathodic ay ang pagbabawas ng hydrogen mula sa tubig:

(-)K: 2H2O + 2ē → H2 + 2HO-

Para sa mga metal na kasyon pagkatapos ng hydrogen (pangkat III), ang proseso ng cathodic ay ang kanilang pagbawas sa metal:

(-) K: Men+ + nē → Me0

Para sa mga metal cation sa serye ng boltahe mula Mn hanggang H2 (pangkat II), mayroong mga parallel na proseso ng mapagkumpitensya para sa pagbawas ng mga metal cation at hydrogen mula sa tubig:

(-) K: Men+ + nē → Me0

2Н2О + 2ē → Н2+ 2НО-

Alin sa mga prosesong ito ang mangingibabaw ay depende sa ilang mga salik: Aktibidad ng Me, pH ng solusyon, konsentrasyon ng asin, inilapat na boltahe, at mga kondisyon ng electrolysis.

Mga proseso ng anode ay tinutukoy ng komposisyon ng mga anion ng asin:

A) Kung ang anion ay isang acid na walang oxygen (Cl-, Br-, I-, S2-, atbp.), kung gayon ito ay na-oxidized sa mga simpleng sangkap (maliban sa F-):

A(+): S2- - 2ē → S0

b) Sa pagkakaroon ng anion na naglalaman ng oxygen (SO42-, CO32-, atbp. o OH-), tubig lamang ang sumasailalim sa anodic oxidation:

A(+): 2H2O - 4ē → O2 + 4H+

Isaalang-alang ang mga halimbawang naglalarawan ng lahat ng posibleng opsyon:

Halimbawa 2.1 . KCl solusyon ng asin

K(-): 2H2O + 2e - Þ H2 + 2OH-

A(+): 2Cl - - 2e - Þ Cl2

å: 2H2O + 2Cl - electrolysis H2 + 2OH - + Cl2 - ionic electrolysis equation

2KCl + 2H2O electrolysis H2 + 2KOH + Cl2 - electrolysis molecular equation

K A

Halimbawa 2.2 . solusyon sa asin ng CuCl2

CuCl2 Û Cu2+ + 2Cl-

K(-): Cu2+ + 2e - Þ Cuo

A(+): 2Cl- -2e - Þ Cl2

å: CuCl2 electrolysis ng Cu + Cl2

Halimbawa 2.3. FeCl2 solusyon ng asin

FeCl2 Û Fe2+ + 2Cl-

Ang bakal ay kabilang sa pangkat II na mga metal, kaya dalawang parallel na proseso ang magaganap sa katod:

Unang proseso:

(-) K: Fe2+ + 2ē → Fe0

(+)A: 2Cl - - 2ē → Cl2

Fe2+ + 2Cl - el-z Fe0 + Cl2 - ionic equation ng proseso

FeCl2 el-z Fe0 + Cl2 - molecular equation ng proseso

ika-2 proseso:

(-)K: 2H2O + 2ē → H2+ 2OH-

(+)A: 2Cl - - 2ē → Cl2

2H2O + 2Cl - → H2+ 2OH - + Cl2 - ionic equation ng proseso

2H2O + FeCl2 electrolysis ng H2 + Fe(OH)2 + Cl2 - molecular equation.

kaya, sa puwang ng cathode Ang Fe, H2 at Fe(OH)2 ay mabubuo sa iba't ibang ratio depende sa mga kondisyon ng electrolysis.

Halimbawa 2.4 . Solusyon ng asin Na2SO4.

Na2SO4 Û 2Na+ + SO42-

K(-) 2H2O + 2e - Þ H2 + 2OH - *2

A(+) 2H2O – 4e - Þ O2 + 4H+

å: 6H2O electrolysis 2H2 + 4OH - + O2 + 4H+

å: 6H2O + 2Na2SO4 electrolysis 2H2 + 4 NaOH + O2 + 2H2SO4

sa puwang ng katod sa puwang ng anode

Kapag ang electric current ay naka-off at ang mga nilalaman ng cathode at anode space ay pinaghalo, ang pangwakas na resulta ng electrolysis ay maaaring kinakatawan ng scheme:

2H2O el-z 2H2 + O2,

dahil ang alkali ay tutugon sa acid upang bumuo ng 2 mol ng asin at 4 mol ng tubig.

Halimbawa 2.5 . Electrolysis ng CuSO4 solution.

CuSO4 Û Cu2+ + SO42-

K(-): Cu2+ + 2e - Þ Cuo

A(+): 2H2O – 4e - Þ O2 + 4H+

å: 2Cu2+ + 2H2O electrolysis 2Cuo + O2 + 4H+

å: CuSO4 + 2H2O electrolysis 2Cuo + O2 + 2H2SO4

Halimbawa 2.6. Electrolysis ng FeSO4 solution

Dahil ang bakal ay kabilang sa pangkat II na mga metal, dalawang mapagkumpitensyang proseso ang magpapatuloy sa parallel sa katod (tingnan ang halimbawa 2.3), at ang tubig ay ma-oxidize sa anode (tingnan ang halimbawa 2.4):

Unang proseso:

https://pandia.ru/text/80/299/images/image043_10.gif" width="41" height="12">2Fe2+ + 2Н2О el-z 2 Fe + O2 + 4H+ - ionic equation ng proseso

2FeSO4 + 2Н2О el-z 2 Fe + O2 + 2Н2SO4– molecular equation

ika-2 proseso:

K(+): 2H2O + 2ē → H2+ 2OH - *2

A(-): 2H2O - 4ē → O2+ 4H+

6H2O electrolysis 2H2+ 4OH - + O2 + 4H+

6Н2О + 2FeSO4 electrolysis 2Н2+ 2Fe(OH)2 + O2 + 2Н2SO4 - molekular

https://pandia.ru/text/80/299/images/image051_9.gif" width="21" height="50">At kung ang mga proseso ng cathodic reduction ng metal at hydrogen cations mula sa tubig ay nasa pantay na sukat , maaari mong isulat ang kabuuang huling equation ng reaksyon:

(-) K: Fe2+ + 2ē → Fe0

2H2O + 2ē → H2+ 2HO - 4 na electron lamang

(+)A: 2H2O - 4ē → O2 + 4H+

Fe2+ + 2H2O + 2H2O → Fe + H2+ 2HO - + O2 + 4H+

2FeSO4 + 4Н2О el-z Fe + Н2+ Fe(OH)2 + O2 + 2Н2SO4

anode ng katod

Pagkatapos patayin ang kasalukuyang at paghahalo ng mga solusyon, ang panghuling equation ay ang mga sumusunod:

· Sumulat ng mga electrolysis equation para sa K2CO3, ZnSO4, AgNO3, NiI2, CoCl2 solutions.

· Lutasin ang isang problema. Upang pag-aralan ang nilalaman ng NaCl impurity sa teknikal na NaOH, 40 g ng gamot ay natunaw sa tubig at sumailalim sa electrolysis hanggang sa kumpletong oksihenasyon ng mga chlorine ions. Sa kasong ito, 601 ml ng Cl2 ang pinakawalan sa anode sa temperatura na 200C at normal na presyon. Kalkulahin ang mass fraction ng NaCl impurity sa NaOH.

3. Electrolysis c natutunaw s m anode

Sa itaas ay itinuturing na mga halimbawa ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga asing-gamot na may isang hindi gumagalaw na anode, ibig sabihin, isa na hindi kumukuha ng isang kemikal na bahagi sa proseso ng anode. Ang ganitong mga electrodes ay gawa sa mga hindi aktibong marangal na metal, tulad ng Pt, Ir, o carbon electrodes ay ginagamit. Kung ang mga natutunaw na anode ay ginagamit, halimbawa, Cu-anode, Zn-anode, kung gayon ang proseso ng anode ay nagbabago nang malaki, dahil ang anode mismo ay na-oxidized. Sa anode ng 2 mapagkumpitensya, isang proseso na may mas mababang potensyal ay isinasagawa: para sa oksihenasyon ng tanso, E0 = - 0.34 V, para sa oksihenasyon ng zinc, E0 = - 0.76 V, at para sa oksihenasyon ng Cl anion , E0 = + 1.36 V.

Halimbawa 3.1. Electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng CuCl2 salt na may natutunaw na anode:

Cathode (-): Cu-anode (+):

Сu2+ + 2ē → Cu0 Сu0 - 2ē → Cu2+

Kaya, ang isang uri ng pagpino ng tansong anode ay nangyayari: ito ay natutunaw, ang mga impurities ay nananatili sa anode space, at ang purong tanso ay idineposito sa katod. Ang chlorine anion ay hindi na-oxidized, ngunit naiipon sa espasyo ng anode.

Halimbawa 3.2. Electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng KCl salt na may Cu anode:

Cu-anode (+): Сu0 - 2ē → Cu2+

Sa cathode, sa unang sandali, ang hydrogen ay nagsisimulang mabawasan mula sa tubig, ngunit ang hitsura ng Cu2+ sa solusyon ay gumagawa ng dalawang cathodic reduction reactions na mapagkumpitensya:

K (-): 2H2O + 2ē → H2 + 2HO - E0 \u003d - 0.828 V

Cu2+ + 2ē → Cu0 E0 = + 0.34 V

Bilang isang resulta, ang isa na nailalarawan sa pamamagitan ng isang mas mataas na potensyal ay nagpapatuloy nang nakararami, ibig sabihin, ang pagbawas ng Сu2+ sa Cu0.

Kaya, sa kasong ito, ang paglusaw ng Cu-anode ay magaganap: Сu0 - 2ē → Cu2+, at ang mga tansong cation na nabuo sa katod ay mababawasan: Сu2+ + 2ē → Cu0. Ang asin KCl ay kailangan lamang upang mapataas ang electrical conductivity ng solusyon, at hindi ito direktang bahagi sa mga proseso ng redox.

Takdang-aralin para sa malayang gawain. Isaalang-alang ang electrolysis ng CuSO4 na may Cu anode, Na2SO4 na may Cu anode.

Ang electrolysis ay isang hanay ng mga prosesong nagaganap sa isang electrolyte solution o natutunaw kapag may dumaan na electric current dito. Ang electrolysis ay isa sa pinakamahalagang lugar sa electrochemistry.

Ang electrolysis ay nangyayari lamang sa media na nagdadala ng kuryente. Ang kakayahang magsagawa ng kasalukuyang ay nagtataglay din ng mga may tubig na solusyon ng mga base at asin. Ang mga anhydrous acid ay napakahirap na conductor, ngunit ang mga may tubig na solusyon ng mga acid ay nagsasagawa ng kuryente nang maayos. Ang mga solusyon ng mga acid, base at asin sa iba pang mga likido sa karamihan ng mga kaso ay hindi nagsasagawa ng kasalukuyang, tulad ng mga may tubig na solusyon ng asukal, alkohol, gliserin at iba pang mga solusyon na may normal na osmotic pressure ay hindi nagsasagawa ng kasalukuyang.

Ang isang electric current na dumadaan sa mga solusyon ay nagiging sanhi ng mga pagbabago sa kemikal sa kanila, na ipinahayag sa katotohanan na ang mga produkto ng agnas ng solute o solvent ay inilabas mula sa mga solusyon. Ang mga sangkap na nagdadala ng kuryente sa solusyon ay tinatawag na electrolytes. Ang mga electrolyte ay mga acid, base at asin.

Ang proseso ng kemikal na nangyayari kapag ang kasalukuyang ay dumaan sa isang electrolyte solution ay tinatawag na electrolysis. Ang pagsisiyasat sa mga produktong inilabas sa electrode sa panahon ng electrolysis ng mga acid, base at salts, natagpuan na ang mga metal at hydrogen ay palaging inilalabas sa mga cathodes, at mga acid residues o hydroxyl group sa anode, na pagkatapos ay sumasailalim sa karagdagang mga pagbabago. Kaya, ang mga pangunahing produkto ng electrolysis ay ang parehong mga bahagi ng mga acid, base at asin na hindi nagbabago sa panahon ng mga reaksyon ng palitan, pumasa sila mula sa isang sangkap patungo sa isa pa.

Ang isang halimbawa ng electrolysis ay ang electrolysis ng magnesium chloride melt. Kapag dumaan ang kasalukuyang natunaw sa MgCl2, ang mga magnesium cations ay lumipat sa negatibong elektrod sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field. Dito, nakikipag-ugnayan sa mga electron na dumarating sa panlabas na circuit, sila ay naibalik.

Ang mga anion ng klorin ay lumipat sa positibong elektrod, at, na nagbibigay ng labis na mga electron, ay na-oxidized. Sa kasong ito, ang pangunahing proseso ay ang aktwal na yugto ng electrochemical - ang oksihenasyon ng mga chlorine ions:

at ang pangalawa ay ang pagbubuklod ng mga nagresultang chlorine atoms sa mga molekula:

Ang pagdaragdag ng mga equation ng mga prosesong nagaganap sa mga electrodes, nakukuha namin ang pangkalahatang equation ng redox reaction na nagaganap sa panahon ng electrolysis ng MgCl2 melt:

Mg2+ + 2Cl-l=Mg + Cl2

Ang reaksyong ito ay hindi maaaring magpatuloy nang kusang; ang enerhiya na kailangan para sa pagpapatupad nito ay nagmumula sa isang panlabas na kasalukuyang pinagmumulan.

Tulad ng sa kaso ng isang kemikal na pinagmumulan ng elektrikal na enerhiya, ang elektrod kung saan nangyayari ang pagbabawas ay tinatawag na katod; Ang elektrod kung saan nangyayari ang oksihenasyon ay tinatawag na anode. Ngunit sa panahon ng electrolysis, ang katod ay negatibong sisingilin, at ang anode ay positibong sisingilin, i.e. ang pamamahagi ng mga palatandaan ng singil ng mga electrodes ay kabaligtaran sa umiiral sa panahon ng pagpapatakbo ng galvanic cell. Sa panahon ng electrolysis, ang isang kemikal na reaksyon ay isinasagawa dahil sa enerhiya ng isang electric current na ibinibigay mula sa labas, habang sa panahon ng pagpapatakbo ng isang galvanic cell, ang enerhiya ng isang kemikal na reaksyon na kusang nagaganap dito ay na-convert sa elektrikal na enerhiya.

Kung isasaalang-alang ang electrolysis ng mga solusyon, hindi dapat kalimutan ng isa ang katotohanan na, bilang karagdagan sa mga electrolyte ions, sa anumang may tubig na solusyon mayroon ding mga ions na mga produkto pa rin ng dissociation ng tubig - H + at OH -. Sa isang electrolytic field, ang mga hydrogen ions ay lumipat sa katod, at ang mga hydroxyl ions ay lumipat sa anode. Kaya, ang parehong mga electrolyte cation at hydrogen cation ay maaaring ma-discharge sa cathode. Katulad nito, sa anode, ang parehong electrolyte anion at hydroxyl ions ay maaaring ma-discharge. Bilang karagdagan, ang mga molekula ng tubig ay maaari ding sumailalim sa electrochemical oxidation o reduction.

Aling mga proseso ng electrochemical ang magaganap sa mga electrodes sa panahon ng electrolysis ay pangunahing nakasalalay sa ratio ng mga potensyal ng elektrod ng kaukulang mga electrochemical system. Nangangahulugan ito na ang mga oxidized na anyo ng mga electrochemical system ay mababawasan sa katod. Sa ilang posibleng proseso, magpapatuloy ang may pinakamababang pagkonsumo ng enerhiya. Nangangahulugan ito na ang mga na-oxidized na anyo ng mga electrochemical system na may pinakamataas na potensyal ng elektrod ay mababawasan sa katod, habang ang mga pinababang anyo ng mga sistema na may pinakamababang potensyal na elektrod ay ma-oxidized sa anode. Ang materyal ng elektrod ay may epekto sa pagbabawal sa kurso ng ilang mga proseso ng electrochemical.

c \u003d -0.059 * 7 \u003d -0.41 V.

Mula dito ay malinaw na kung ang electrolyte ay nabuo ng isang metal na ang potensyal ng elektrod ay mas positibo kaysa sa -0.41 V, kung gayon ang metal ay ilalabas mula sa neutral na solusyon sa katod. Ang ganitong mga metal ay nasa isang serye ng mga boltahe malapit sa hydrogen (nagsisimula sa humigit-kumulang mula sa lata) at pagkatapos nito. Sa kabaligtaran, sa kaso ng mga electrolyte, ang metal na kung saan ay may potensyal na mas negatibo kaysa sa -0.41 V, ang metal ay hindi maibabalik, ngunit ang hydrogen ay ilalabas. Ang mga naturang metal ay kinabibilangan ng mga metal ng simula ng isang serye ng mga stress - humigit-kumulang hanggang sa titanium. Sa wakas, kung ang potensyal ng metal ay malapit sa -0.41 V (mga metal sa gitnang bahagi ng serye - Zn, Cr, Fe, Ni), kung gayon, depende sa konsentrasyon ng solusyon at mga kondisyon ng electrolysis, parehong metal ang pagbabawas at hydrogen evolution ay posible; madalas mayroong magkasanib na paglabas ng metal at hydrogen.

Ang electrochemical release ng hydrogen mula sa mga acidic na solusyon ay nangyayari dahil sa paglabas ng mga hydrogen ions. Sa kaso ng neutral o alkaline na media, ito ay resulta ng electrochemical reduction ng tubig:

2H2O + 2e- \u003d H2 + 2OH-.

Kaya, ang likas na katangian ng proseso ng cathodic sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ay pangunahing tinutukoy ng posisyon ng kaukulang metal sa serye ng mga boltahe. Sa ilang mga kaso, ang pH ng solusyon, ang konsentrasyon ng mga metal ions, at iba pang mga kondisyon ng electrolysis ay napakahalaga.

Kapag isinasaalang-alang ang mga proseso ng anode, dapat tandaan na ang materyal ng anode ay maaaring mag-oxidize sa panahon ng electrolysis. Kaugnay nito, ang electrolysis na may inert anode at electrolysis na may aktibong anode ay nakikilala. Ang anode ay tinatawag na inert, ang materyal na hindi sumasailalim sa oksihenasyon sa panahon ng electrolysis. Ang aktibong anode ay ang anode, ang materyal na maaaring ma-oxidized sa panahon ng electrolysis. Bilang mga materyales para sa inert anodes, mas madalas na ginagamit ang grapayt, karbon, at platinum.

Sa isang inert anode sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng alkalis, mga acid na naglalaman ng oxygen at kanilang mga asing-gamot, pati na rin ang hydrofluoric acid at fluoride, ang electrochemical oxidation ng tubig ay nangyayari sa pagpapalabas ng oxygen. Depende sa pH ng solusyon, ang prosesong ito ay nagpapatuloy nang iba at maaaring isulat sa iba't ibang mga equation. Sa isang alkaline na kapaligiran, ang equation ay may anyo:

4OH- \u003d O2 + 2H2O + 4e-,

at sa acidic o neutral:

2H2O \u003d O2 + 4H + + 4e-

Sa mga kaso na isinasaalang-alang, ang electrochemical oxidation ng tubig ay ang pinaka-energetically kanais-nais na proseso. Ang mga anion na naglalaman ng oxygen ay maaaring hindi ma-oxidize, o ang kanilang oksihenasyon ay nangyayari sa napakataas na potensyal. Halimbawa, ang karaniwang potensyal na oksihenasyon ng ion SO42-2SO22- \u003d S2O82- + 2e-

ay 2.010 V, na mas mataas kaysa sa karaniwang potensyal na oksihenasyon ng tubig (1.228 V). Ang karaniwang potensyal na oksihenasyon ng F-ion ay mas malaki pa (2.87 V).

Sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga anoxic acid at ang kanilang mga asing-gamot (maliban sa HF at fluoride), ang mga anion ay pinalabas sa anode. Sa partikular, sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon ng HI, HBr, HCl at kanilang mga asing-gamot, ang kaukulang halogen ay inilabas sa anode. Tandaan na ang paglabas ng chlorine sa panahon ng electrolysis ng HCl at ang mga salts nito ay sumasalungat sa magkaparehong posisyon ng mga system.

2Cl- \u003d 2Cl + 2e- (c \u003d 1.359 V),

at 2H2O \u003d O2 + 4H + + 4e- (c \u003d 1.228 V)

sa isang serye ng mga karaniwang potensyal ng elektrod. Ang anomalya na ito ay nauugnay sa isang makabuluhang overvoltage ng pangalawa sa dalawang proseso ng elektrod na ito - ang materyal na anode ay may epekto sa pagbabawal sa proseso ng ebolusyon ng oxygen.

Sa kaso ng isang aktibong anode, ang bilang ng mga nakikipagkumpitensyang proseso ng oxidative ay tataas sa tatlo: electrochemical oxidation ng tubig na may oxygen evolution, anion discharge (i.e., oxidation nito), at electrochemical oxidation ng anode metal (ang tinatawag na anodic dissolution ng ang metal). Sa mga posibleng prosesong ito, magpapatuloy ang isa na masigasig na pinakakanais-nais. Kung ang anode metal ay matatagpuan sa isang serye ng mga karaniwang potensyal na mas maaga kaysa sa parehong iba pang mga electrochemical system, pagkatapos ay ang anodic dissolution ng metal ay masusunod. Kung hindi, magkakaroon ng ebolusyon ng oxygen o anion discharge.

Isaalang-alang natin ang isang tipikal na kaso ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon.

Electrolysis ng CuCl2 solution na may inert anode. Ang tanso sa serye ng mga boltahe ay matatagpuan pagkatapos ng hydrogen; samakatuwid, sa cathode, ang paglabas ng mga Cu2+ ions at ang paglabas ng metal na tanso ay magaganap. Sa anode, ang mga chloride ions ay ilalabas.

Scheme ng electrolysis ng copper (II) chloride solution:

Cathode Anode

Cu2+ + 2e- =Cu 2Cl- =2Cl + 2e-

Mga kadahilanan kung saan nakasalalay ang electrolysis

Ang kahusayan ng electrolysis ay sinusuri ng maraming mga kadahilanan, na kinabibilangan ng: kasalukuyang lakas, boltahe, kasalukuyang density, kahusayan ng kasalukuyang pinagmumulan, kasalukuyang kahusayan, kahusayan ng sangkap, kahusayan ng kuryente (enerhiya na kahusayan), pagkonsumo ng kuryente sa bawat yunit ng produkto na nakuha. .

Ang kasalukuyang lakas o pagkarga sa electrolyzer ay nagpapakilala sa pagganap nito. Kung mas mataas ang lakas ng kasalukuyang dumaan sa electrolyzer, mas maraming produkto ang maaaring makuha sa panahon ng pagpapatakbo ng electrolyzer na ito. May posibilidad na lumikha ng mga makapangyarihang electrolyzer, na idinisenyo sa ilang mga kaso para sa sampu at daan-daang libong amperes (produksyon ng chlorine, aluminyo, atbp.). Ang boltahe sa electrolyzer ay binubuo ng ilang mga bahagi:

U=ea-ek + ?ea + ?ek + eel.-ediaph.+ econt.

kung saan: U ay ang kabuuang boltahe sa cell; Ang ea at ek ay ang mga potensyal na ekwilibriyo ng anodic at cathodic na mga reaksyon; email at ediafr - pagbaba ng boltahe sa electrolyte at sa diaphragm; econt - pagbaba ng boltahe sa mga contact. Ang kabuuan ng ea-ek ay tinatawag na decomposition stress. Ang halagang ito ay tumutugma sa pagkonsumo ng kuryente para sa electrolysis, na direktang napupunta sa pagbabago sa panloob na enerhiya ng mga sangkap.

Sa panahon ng electrolysis, ang isa ay may posibilidad na bawasan ang boltahe sa cell dahil sa magnitude ng polariseysyon at ang ohmic na estado ng balanse ng boltahe, iyon ay, ang mga termino dahil sa hindi maibabalik na proseso. Ang boltahe ng agnas ay dahil sa likas na katangian ng reactant at samakatuwid ay hindi mababago. Ang mga halaga ng ?ek at ?ea ay maaaring baguhin depende sa likas na katangian ng electrochemical reaction na nagaganap sa electrode sa pamamagitan ng paghahalo, pagtaas ng temperatura ng electrolyte, pagbabago ng estado ng ibabaw ng electrode, at dahil sa isang numero ng iba pang mga kadahilanan.

Ang pagbagsak ng boltahe sa electrolyte, na ipinahayag ng equation

kung saan ang c ay ang tiyak na paglaban ng electrolyte, Ohm cm, l ay ang distansya sa pagitan ng mga electrodes, cm (hindi kasama ang diaphragm), S ay ang cross-sectional area ng electrolyte kung saan ang electric current ay dumadaan sa cm2, ay maaaring mabawasan , tulad ng sumusunod mula sa expression sa itaas, ang convergence ng mga electrodes, ang pagpapakilala ng mas maraming electronegative additives sa solusyon, pati na rin ang pagtaas ng temperatura.

Kung ang electrolysis ay sinamahan ng pagbuo ng mga gas, kung gayon ang expression sa itaas ay hindi palaging eksaktong tumutugma sa pagbaba ng boltahe sa electrolyte. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga bula ng gas na inilabas sa mga electrodes ay binabawasan ang aktibong cross section ng electrolyte S at pahabain ang kasalukuyang landas mula sa isang elektrod patungo sa isa pa. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na pagpuno ng gas, na maaaring tukuyin bilang ang ratio ng dami ng hangin na kasalukuyang inookupahan ng bubble sa kabuuang dami ng electrolytic cell. Ang epekto ng pagpuno ng gas sa electrical conductivity ng electrolyte ay maaaring isaalang-alang gamit ang sumusunod na expression:

s/s0=1-1.78ts+ts2,

kung saan ang c at c0 ay, ayon sa pagkakabanggit, ang mga tiyak na resistensya ng tuluy-tuloy at puno ng gas na electrolyte, c ay ang pagpuno ng gas.

Ang halaga ng u ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura, gayundin ng isang espesyal na pag-aayos ng mga electrodes na matiyak ang libreng pag-alis ng mga gas mula sa cell.

Ang kahusayan ng boltahe ay ang ratio ng boltahe ng agnas sa kabuuang boltahe sa paliguan:

val=(ea-ek)/U

Ang kasalukuyang density ay ang ratio ng puwersa na dumadaan sa kasalukuyang electrolyte sa laki ng ibabaw ng elektrod; sinusukat sa A/cm2 (dm2 o m2). Sa industriya, gumagana ang mga ito sa iba't ibang mga kasalukuyang densidad - mula sa ilang daang A/cm2 (electroplating, hydroelectrometallurgy, Chlorine production) hanggang ilang libong A/cm2 (electrolysis of melts, electrosynthesis, atbp.)

Ang halaga ng kasalukuyang density ay nagpapakilala sa dami ng produkto na nakuha sa bawat yunit ng ibabaw ng elektrod, i.e. kahusayan ng electrolyzer. Samakatuwid, kung ang pagtaas sa kasalukuyang density ay hindi nagiging sanhi ng pagbaba sa ani ng produkto ng electrolysis, ang isa ay may posibilidad na isagawa ang proseso na may pinakamataas na posibleng kasalukuyang densidad. Gayunpaman, kapag pumipili ng pinakamainam na halaga ng kasalukuyang mga density, sa ilang mga kaso kinakailangan na isaalang-alang ang pagtaas sa gastos ng produkto dahil sa pagtaas ng pagkonsumo ng kuryente para sa electrolysis dahil sa pagtaas ng boltahe na may pagtaas sa kasalukuyang density. Sa panahon ng electrolysis, ang kasalukuyang na dumadaan sa electrolyte ay maaaring gastusin sa ilang parallel electrochemical reactions. Halimbawa, sa electrolysis ng mga may tubig na solusyon, ang mga reaksyon ng electrochemical oksihenasyon o pagbabawas ay sinamahan ng reaksyon ng agnas ng tubig sa O2 at H2, na inilabas, ayon sa pagkakabanggit, sa anode at cathode. Sa electrolysis ng cryolite-alumina melts, ang kasalukuyang sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay maaaring gastusin hindi lamang sa pagpapalabas ng aluminyo, kundi pati na rin sa pagbuo ng metallic sodium sa katod.

Dahil dito, ang kasalukuyang dumaan sa electrolyte ay ipinamamahagi sa ilang mga proseso na nagaganap nang sabay-sabay sa isang naibigay na elektrod:

I=i1+i2+i3+…+i n

kung saan: I - kasalukuyang dumadaloy sa cell; i1 at i2 - ang kasalukuyang natupok bawat yunit para sa una at pangalawang electrolytic reactions.

Upang isaalang-alang ang kahusayan ng paggamit ng dami ng kuryente na dumaan sa electrolyzer para sa pagbuo ng isang partikular na produkto, ipinakilala ang konsepto ng kasalukuyang output.

Kasalukuyang output - ang ratio ng halagang theoretically kinakailangan upang makuha

ng ito o ang halagang iyon ng kuryente sa halos ginagastos na halaga ng kuryente. Upang mabawasan ang gastos ng kuryente para sa mga side electrochemical reactions at dagdagan ang kasalukuyang, ang electrolysis ay tinangka na isagawa sa ilalim ng naturang mga kondisyon kung saan ang agnas ng solvent ay mahirap, i.e. mataas ang polarisasyon sa panahon ng oksihenasyon o pagbabawas ng solvent (halimbawa, isang overvoltage ng oxygen o hydrogen). Nakamit ito sa pamamagitan ng pagtaas ng kasalukuyang density, pagbabago ng temperatura ng electrolyte, pagpili ng materyal na electrolyte, atbp.

Ang yield ng sangkap ay ang ratio ng dami ng produkto na nakuha bilang resulta ng mga electrochemical reaction sa halaga na dapat theoretically mabuo, batay sa isang naibigay na pag-load ng paunang produkto. Ang kahusayan ng paggamit ng kuryente (ani ng enerhiya) ay ang ratio ng dami ng kuryente na ayon sa teoryang kinakailangan upang makakuha ng isang yunit ng isang sangkap sa halos natupok. Sa teoryang, ang kinakailangang halaga ng kuryente ay ang halaga na kakailanganin upang makakuha ng isang yunit ng halaga ng isang sangkap kung ang proseso ay naganap na may 100% kasalukuyang kahusayan at sa isang boltahe na katumbas ng boltahe ng agnas. Samakatuwid, ang output ng enerhiya ay maaaring matukoy ng formula:

ze \u003d Wp / N \u003d kasalukuyang * val

Ang output sa mga tuntunin ng kasalukuyang, kasalukuyan at sangkap, pati na rin ang kahusayan ng paggamit ng kuryente znpr ay karaniwang sinusukat bilang isang porsyento. Ang pagkonsumo ng kuryente ay karaniwang tinutukoy bilang isang yunit ng dami ng produktong ginawa, na sinusukat sa Wh/kg o kWh/t. Upang kalkulahin ang pagkonsumo ng DC na kuryente sa bawat 1 tonelada ng produkto na ginawa ng electrolysis, maaari mong gamitin ang sumusunod na formula:

W=1*106*U/k inlet *1000

kung saan: W - DC pagkonsumo ng kuryente kWh/t; U - boltahe sa cell, V; k katumbas ng electrochemical, gram/a*r; ztoka - kasalukuyang output, mga fraction ng isang yunit; 1000 - koepisyent para sa pag-convert ng watt*h sa kW*h.

Ang pagkonsumo ng AC na kuryente sa bawat yunit ng produktong ginawa ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng paghahati sa pagkonsumo ng DC na kuryente sa parehong halaga ng koepisyent sa pagbuo ng AC sa DC.

Mayroong mahigpit na dami ng mga ugnayan sa pagitan ng oras para sa pagpasa ng isang electric current sa pamamagitan ng isang solusyon o pagtunaw ng isang electrolyte (ang dami ng kuryente) at ang dami ng nabuo at natupok na sangkap.

Application ng electrolysis

Ang electrolysis ay malawakang ginagamit sa iba't ibang industriya. Sa industriya ng kemikal, ang electrolysis ay gumagawa ng mga mahahalagang produkto gaya ng chlorine at alkali, chlorates at perchlorates, persulfuric acid at persulfates, potassium permanganate, organic compounds, chemically pure hydrogen, oxygen, fluorine, at ilang iba pang mahahalagang produkto.

Sa non-ferrous metalurgy, ang electrolysis ay ginagamit para sa pagpino ng mga metal, para sa pagkuha ng mga metal mula sa ores. Ang mga metal na hindi maaaring ihiwalay mula sa mga may tubig na solusyon dahil sa isang mataas na negatibong potensyal ay nakuha sa non-ferrous metalurgy sa pamamagitan ng electrolysis ng molten media, na mga salts ng mga metal na ito na naglalaman ng mga additives ng iba't ibang mga compound na ipinakilala upang mapababa ang temperatura ng pagkatunaw ng natunaw, dagdagan ang electrical conductivity, atbp. Kabilang sa mga metal na nakuha sa electrolysis ng molten media ay aluminum, magnesium, zirconium, titanium, uranium, beryllium at isang bilang ng iba pang mga metal.

Ginagamit ang electrolysis sa maraming sangay ng mechanical engineering, radio engineering, electronics, at industriya ng pag-print para sa paglalagay ng manipis na metal coatings sa ibabaw ng mga produkto upang protektahan ang mga ito mula sa kaagnasan, bigyan sila ng pandekorasyon na hitsura, pataasin ang wear resistance, heat resistance, at makakuha ng metal na mga kopya.

Sa kabila ng iba't ibang uri ng electrolytes, electrodes, electrolyzers, may mga karaniwang problema ng teknikal na electrolysis. Kabilang dito ang paglipat ng mga singil, init, masa, pamamahagi ng mga electric field. Upang mapabilis ang proseso ng paglipat, ipinapayong taasan ang bilis ng lahat ng mga daloy at ilapat ang sapilitang kombeksyon. Ang mga proseso ng elektrod ay maaaring kontrolin sa pamamagitan ng pagsukat sa mga naglilimitang alon.

Ang electrolysis, malinaw naman, ay maaaring magsilbi bilang isang paraan ng kontrol lamang sa mga electrolyte (conductive) na sistema, ang kamag-anak na bilang nito ay hindi gaanong kalaki.

Ano ang electrolysis? Para sa isang mas simpleng pag-unawa sa sagot sa tanong na ito, isipin natin ang anumang mapagkukunan ng direktang kasalukuyang. Para sa bawat pinagmulan ng DC, palagi kang makakahanap ng positibo at negatibong poste:

Ikonekta natin dito ang dalawang chemically resistant electrically conductive plate, na tatawagin nating mga electrodes. Ang plate na konektado sa positibong poste ay tinatawag na anode, at sa negatibong poste ay tinatawag na katod:

Ang sodium chloride ay isang electrolyte; kapag ito ay natutunaw, ito ay naghihiwalay sa mga sodium cation at chloride ions:

NaCl \u003d Na + + Cl -

Malinaw na ang mga negatibong sisingilin na chlorine anion ay mapupunta sa positively charged electrode - ang anode, at ang positively charged Na + cations ay mapupunta sa negatively charged electrode - ang katod. Bilang resulta nito, ang parehong Na + cations at Cl - anion ay ilalabas, iyon ay, sila ay magiging neutral na mga atomo. Ang discharge ay nangyayari sa pamamagitan ng pagkuha ng mga electron sa kaso ng Na + ions at ang pagkawala ng mga electron sa kaso ng Cl − ions. Iyon ay, ang proseso ay nagpapatuloy sa katod:

Na + + 1e − = Na 0 ,

At sa anode:

Cl − − 1e − = Cl

Dahil ang bawat chlorine atom ay may isang hindi pares na electron, ang kanilang solong pag-iral ay hindi kanais-nais at ang mga chlorine atoms ay nagsasama sa isang molekula ng dalawang chlorine atoms:

Сl∙ + ∙Cl \u003d Cl 2

Kaya, sa kabuuan, ang prosesong nagaganap sa anode ay mas wastong nakasulat tulad ng sumusunod:

2Cl - - 2e - = Cl 2

Ibig sabihin, mayroon tayong:

Cathode: Na + + 1e − = Na 0

Anode: 2Cl - - 2e - = Cl 2

Ibuod natin ang electronic balance:

Na + + 1e − = Na 0 |∙2

2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1<

Idagdag ang kaliwa at kanang bahagi ng parehong mga equation kalahating reaksyon, nakukuha namin:

2Na + + 2e − + 2Cl − − 2e − = 2Na 0 + Cl 2

Binabawasan namin ang dalawang electron sa parehong paraan tulad ng ginagawa sa algebra, nakukuha namin ang ionic equation ng electrolysis:

2NaCl (l.) => 2Na + Cl 2

Mula sa isang teoretikal na pananaw, ang kaso na isinasaalang-alang sa itaas ay ang pinakasimpleng, dahil sa natutunaw na sodium chloride, kabilang sa mga positibong sisingilin na mga ion, mayroon lamang mga sodium ions, at kabilang sa mga negatibo, tanging mga chlorine anion.

Sa madaling salita, alinman sa Na + cations o Cl − anion ay walang "mga kakumpitensya" para sa cathode at anode.

At ano ang mangyayari, halimbawa, kung sa halip na isang matunaw na sodium chloride, ang isang kasalukuyang ay dumaan sa may tubig na solusyon nito? Ang dissociation ng sodium chloride ay sinusunod din sa kasong ito, ngunit ang pagbuo ng metallic sodium sa isang may tubig na solusyon ay nagiging imposible. Pagkatapos ng lahat, alam natin na ang sodium, isang kinatawan ng mga alkali na metal, ay isang lubhang aktibong metal na napakarahas na tumutugon sa tubig. Kung ang sodium ay hindi mababawasan sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ano ang mababawasan sa katod?

Alalahanin natin ang istraktura ng molekula ng tubig. Ito ay isang dipole, iyon ay, mayroon itong negatibo at positibong poste:

Ito ay dahil sa pag-aari na ito na ito ay nakakabit sa parehong ibabaw ng cathode at sa ibabaw ng anode:

Maaaring maganap ang mga sumusunod na proseso:

2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2

2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +

Kaya, lumalabas na kung isasaalang-alang natin ang isang solusyon ng anumang electrolyte, makikita natin na ang mga cation at anion na nabuo sa panahon ng dissociation ng electrolyte ay nakikipagkumpitensya sa mga molekula ng tubig para sa pagbawas sa katod at oksihenasyon sa anode.

Kaya anong mga proseso ang magaganap sa katod at sa anode? Paglabas ng mga ion na nabuo sa panahon ng paghihiwalay ng electrolyte o oksihenasyon / pagbabawas ng mga molekula ng tubig? O, marahil, lahat ng mga prosesong ito ay magaganap nang sabay-sabay?

Depende sa uri ng electrolyte, ang iba't ibang mga sitwasyon ay posible sa panahon ng electrolysis ng may tubig na solusyon nito. Halimbawa, ang mga kasyon ng alkali, alkaline earth metals, aluminum at magnesium ay sadyang hindi mababawasan sa aquatic na kapaligiran, dahil ang kanilang pagbabawas ay dapat na gumawa ng alkali, alkaline earth metals, aluminum o magnesium, ayon sa pagkakabanggit. mga metal na tumutugon sa tubig.

Sa kasong ito, posible lamang ang pagbawas ng mga molekula ng tubig sa katod.

Posibleng matandaan kung anong proseso ang magaganap sa cathode sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon ng anumang electrolyte, na sumusunod sa mga sumusunod na prinsipyo:

1) Kung ang electrolyte ay binubuo ng isang metal cation, na sa isang libreng estado sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay tumutugon sa tubig, ang sumusunod na proseso ay nagaganap sa katod:

2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2

Nalalapat ito sa mga metal na nasa simula ng serye ng aktibidad ng Al, kasama.

2) Kung ang electrolyte ay binubuo ng isang metal cation, na sa malayang anyo nito ay hindi tumutugon sa tubig, ngunit tumutugon sa mga non-oxidizing acid, dalawang proseso ang magaganap nang sabay-sabay, kapwa ang pagbawas ng mga metal na cation at mga molekula ng tubig:

Ako n+ + ne = Ako 0

Kasama sa mga metal na ito ang nasa pagitan ng Al at H sa serye ng aktibidad.

3) Kung ang electrolyte ay binubuo ng mga hydrogen cations (acid) o metal cations na hindi tumutugon sa non-oxidizing acids, ang mga electrolyte cation lamang ang naibabalik:

2H + + 2e - \u003d H 2 - sa kaso ng acid

Me n + + ne = Me 0 - sa kaso ng asin

Sa anode, samantala, ang sitwasyon ay ang mga sumusunod:

1) Kung ang electrolyte ay naglalaman ng mga anion ng oxygen-free acid residues (maliban sa F -), kung gayon ang proseso ng kanilang oksihenasyon ay nagaganap sa anode, ang mga molekula ng tubig ay hindi na-oxidized. Halimbawa:

2Cl - - 2e \u003d Cl 2

S 2- − 2e = S o

Ang mga fluoride ions ay hindi na-oxidized sa anode dahil ang fluorine ay hindi nabubuo sa isang may tubig na solusyon (reacted sa tubig)

2) Kung ang electrolyte ay naglalaman ng mga hydroxide ions (alkalis), sila ay na-oxidized sa halip na mga molekula ng tubig:

4OH - - 4e - \u003d 2H 2 O + O 2

3) Kung ang electrolyte ay naglalaman ng oxygen-containing acid residue (maliban sa mga organic acid residues) o isang fluoride ion (F -) sa anode, ang proseso ng pag-oxidize ng mga molekula ng tubig ay nagaganap:

2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +

4) Sa kaso ng isang acidic na nalalabi ng isang carboxylic acid sa anode, ang sumusunod na proseso ay nagaganap:

2RCOO - - 2e - \u003d R-R + 2CO 2

Magsanay tayo sa pagsulat ng mga electrolysis equation para sa iba't ibang sitwasyon:

Halimbawa #1

Isulat ang mga equation para sa mga prosesong nagaganap sa cathode at anode sa panahon ng electrolysis ng zinc chloride melt, gayundin ang pangkalahatang electrolysis equation.

Solusyon

Kapag ang zinc chloride ay natunaw, naghihiwalay ito:

ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -

Dagdag pa, ang pansin ay dapat bayaran sa katotohanan na ang zinc chloride melt ang sumasailalim sa electrolysis, at hindi ang may tubig na solusyon. Sa madaling salita, nang walang mga pagpipilian, tanging ang pagbabawas ng mga zinc cation ay maaaring mangyari sa katod, at ang oksihenasyon ng mga chloride ions sa anode. walang mga molekula ng tubig

Cathode: Zn 2+ + 2e − = Zn 0 |∙1

Anode: 2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1

ZnCl 2 \u003d Zn + Cl 2

Halimbawa #2

Isulat ang mga equation para sa mga prosesong nagaganap sa cathode at anode sa panahon ng electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng zinc chloride, pati na rin ang pangkalahatang electrolysis equation.

Dahil sa kasong ito, ang isang may tubig na solusyon ay sumasailalim sa electrolysis, kung gayon, ayon sa teorya, ang mga molekula ng tubig ay maaaring makilahok sa electrolysis. Dahil ang zinc ay matatagpuan sa serye ng aktibidad sa pagitan ng Al at H, nangangahulugan ito na ang pagbabawas ng mga zinc cation at mga molekula ng tubig ay magaganap sa katod.

2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2

Zn 2+ + 2e − = Zn 0

Ang chloride ion ay ang acidic na nalalabi ng oxygen-free acid na HCl, samakatuwid, sa kompetisyon para sa oksihenasyon sa anode, ang mga chloride ions ay "manalo" sa mga molekula ng tubig:

2Cl - - 2e - = Cl 2

Sa partikular na kaso na ito, imposibleng isulat ang pangkalahatang electrolysis equation, dahil ang ratio sa pagitan ng hydrogen at zinc na inilabas sa cathode ay hindi alam.

Halimbawa #3

Isulat ang mga equation para sa mga prosesong nagaganap sa cathode at anode sa panahon ng electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng copper nitrate, gayundin ang pangkalahatang electrolysis equation.

Ang copper nitrate sa solusyon ay nasa isang dissociated state:

Cu(NO 3) 2 \u003d Cu 2+ + 2NO 3 -

Ang tanso ay nasa serye ng aktibidad sa kanan ng hydrogen, iyon ay, ang mga tansong cation ay mababawasan sa katod:

Cu 2+ + 2e − = Cu 0

Nitrate ion NO 3 - ay isang nalalabi na acid na naglalaman ng oxygen, na nangangahulugang sa oksihenasyon sa anode, ang mga nitrate ions ay "natatalo" sa kumpetisyon sa mga molekula ng tubig:

2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +

kaya:

Cathode: Cu 2+ + 2e − = Cu 0 |∙2

2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4H +

Ang equation na nakuha bilang resulta ng karagdagan ay ang ionic equation ng electrolysis. Upang makuha ang kumpletong molecular electrolysis equation, kailangan mong magdagdag ng 4 na nitrate ions sa kaliwa at kanang bahagi ng resultang ionic equation bilang mga counterion. Pagkatapos ay makakakuha tayo ng:

2Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4HNO 3

Halimbawa #4

Isulat ang mga equation para sa mga prosesong nagaganap sa cathode at anode sa panahon ng electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng potassium acetate, pati na rin ang pangkalahatang electrolysis equation.

Solusyon:

Ang potassium acetate sa isang may tubig na solusyon ay naghihiwalay sa mga potassium cation at acetate ions:

CH 3 COOK \u003d CH 3 COO − + K +

Ang potasa ay isang alkali metal, i.e. ay nasa electrochemical serye ng mga boltahe sa pinakadulo simula. Nangangahulugan ito na ang mga kasyon nito ay hindi kayang ma-discharge sa katod. Sa halip, ang mga molekula ng tubig ay maibabalik:

2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2

Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga residue ng acid ng mga carboxylic acid ay "manalo" sa kumpetisyon para sa oksihenasyon mula sa mga molekula ng tubig sa anode:

2CH 3 COO - - 2e - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2

Kaya, ang pagbubuod ng elektronikong balanse at pagdaragdag ng dalawang equation ng kalahating reaksyon sa katod at anode, nakuha namin:

Cathode: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙1

Anode: 2CH 3 COO - - 2e - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2 | ∙ 1

2H 2 O + 2CH 3 COO - \u003d 2OH - + H 2 + CH 3 -CH 3 + 2CO 2

Nakuha namin ang kumpletong electrolysis equation sa ionic form. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng dalawang potassium ions sa kaliwa at kanang bahagi ng equation at pagdaragdag sa kanila ng mga counterion, nakukuha natin ang kumpletong electrolysis equation sa molecular form:

2H 2 O + 2CH 3 COOK \u003d 2KOH + H 2 + CH 3 -CH 3 + 2CO 2

Halimbawa #5

Isulat ang mga equation para sa mga prosesong nagaganap sa cathode at anode sa panahon ng electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng sulfuric acid, pati na rin ang pangkalahatang electrolysis equation.

Ang sulfuric acid ay naghihiwalay sa mga hydrogen cation at sulfate ions:

H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-

Ang mga hydrogen cation H + ay mababawasan sa katod, at ang mga molekula ng tubig ay ma-oxidized sa anode, dahil ang mga sulfate ions ay mga residue ng acid na naglalaman ng oxygen:

Cathode: 2Н + + 2e − = H 2 |∙2

Anode: 2H 2 O - 4e - = O 2 + 4H + |∙1

4H + + 2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 + 4H +

Ang pagbabawas ng mga hydrogen ions sa kaliwa at kanan at kaliwang bahagi ng equation, nakuha namin ang equation para sa electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng sulfuric acid:

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2

Tulad ng makikita, ang electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng sulfuric acid ay nabawasan sa electrolysis ng tubig.

Halimbawa #6

Isulat ang mga equation para sa mga prosesong nagaganap sa cathode at anode sa panahon ng electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng sodium hydroxide, pati na rin ang pangkalahatang electrolysis equation.

Dissociation ng sodium hydroxide:

NaOH = Na + + OH -

Tanging mga molekula ng tubig ang mababawasan sa katod, dahil ang sodium ay isang napakaaktibong metal, at ang mga hydroxide ions lamang sa anode:

Cathode: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙2

Anode: 4OH − − 4e − = O 2 + 2H 2 O |∙1

4H 2 O + 4OH - \u003d 4OH - + 2H 2 + O 2 + 2H 2 O

Bawasan natin ang dalawang molekula ng tubig sa kaliwa at sa kanan at 4 na hydroxide ions at dumating sa konklusyon na, tulad ng sa kaso ng sulfuric acid, ang electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng sodium hydroxide ay nabawasan sa electrolysis ng tubig.

Chlorination

Ang paggamit ng sodium hypochlorite (NaClO) ay dahil sa kakayahang kemikal nitong i-neutralize ang ilang mga nakakapinsalang mikroorganismo. Ang mga katangian ng bactericidal nito ay naglalayong sirain ang isang bilang ng mga mapanganib na fungi at bakterya.

Upang makakuha ng sodium hypochlorite, kinakailangan upang isagawa ang proseso ng chlorination ng sodium hydroxide (NaOH) gamit ang molecular chlorine (Cl).

Ang prinsipyo ng pagkilos ng sodium hypochlorite (NaClO) ay medyo simple, dahil ang sangkap na ito ay may mataas na biocidal (biocide - mga ahente ng kemikal na idinisenyo upang labanan ang mga nakakapinsala o pathogenic microorganism) na mga katangian. Kapag ang sodium hypochlorite (NaClO) ay pumasok sa tubig, nagsisimula itong aktibong mabulok, na bumubuo ng mga aktibong particle sa anyo ng mga radical at oxygen. Ang mga radikal na sodium hypochlorite (NaClO) ay nakadirekta laban sa mga nakakapinsalang microorganism. Ang mga aktibong particle ng sodium hypochlorite (NaClO) ay nagsisimulang sirain ang panlabas na shell o biofilm ng microorganism, kaya, ito ay humahantong sa pangwakas na pagkamatay ng iba't ibang pathogenic fungi, virus at bacteria. Ang kemikal na komposisyon ng sodium hypochlorite ay naglalayong i-disinfect at i-disinfect ang tubig . Samakatuwid, ang sangkap na ito ay sumasakop sa isang mahalagang lugar sa maraming lugar ng buhay ng tao. Ipinakikita ng mga pag-aaral sa mundo na ang sodium hypochlorite (NaClO) ay ginagamit para sa pagdidisimpekta sa 91% ng mga kaso, ang natitirang 9% ay kinabibilangan ng potassium o lithium hypochlorite. Ngunit upang ang sangkap na ito ay magbigay ng mga resulta at benepisyo sa pang-araw-araw na buhay, kinakailangan na maingat na subaybayan ang konsentrasyon ng solusyon.
Ang chlorination ay naging pinakamadali at pinakamurang paraan upang disimpektahin ang tubig, kaya mabilis itong kumalat sa buong mundo. Ngayon ay masasabi natin na ang tradisyunal na paraan ng pagdidisimpekta ng inuming tubig, na pinagtibay sa buong mundo (sa 99 na kaso mula sa 100), ay tiyak na chlorination, at ngayon daan-daang libong toneladang chlorine ang ginagamit taun-taon upang mag-chlorinate ng tubig. Halimbawa, sa Ang Russia, higit sa 99% ng tubig ay sumasailalim sa chlorination at para sa mga layuning ito, isang average ng halos 100 libong tonelada ng chlorine ang ginagamit bawat taon.

Sa kasalukuyang kasanayan ng pagdidisimpekta ng inuming tubig, ang chlorination ay madalas na ginagamit bilang ang pinaka-ekonomiko at epektibong pamamaraan kumpara sa anumang iba pang kilalang pamamaraan, dahil ito ang tanging paraan upang matiyak ang kaligtasan ng microbiological ng tubig sa anumang punto sa network ng pamamahagi sa anumang oras dahil sa epekto ng chlorine.
Kilalang-kilala na ang chlorine (Cl), na tumutugon sa tubig, ay hindi bumubuo ng "chlorine water" (tulad ng naunang naisip), ngunit hypochlorous acid ( HClO) - ang unang sangkap na nakuha ng mga chemist, na naglalaman ng aktibong kloro.
Mula sa equation ng reaksyon: HClO + HCl ↔ Cl 2 + H 2 O, ito ay sumusunod na theoretically mula sa 52.5 g. HClO maaari kang makakuha ng 71 g Cl2, iyon ay, ang hypochlorous acid ay naglalaman ng 135.2% aktibong klorin. Ngunit ang acid na ito ay hindi matatag: ang pinakamataas na posibleng konsentrasyon nito sa solusyon ay hindi hihigit sa 30%.
Ang klorin ay madaling natutunaw sa tubig, pinapatay ang lahat ng nabubuhay na bagay sa loob nito. Dahil ito ay itinatag pagkatapos ng paghahalo ng gas na kloro sa tubig, ang isang balanse ay itinatag sa isang may tubig na solusyon:
Cl 2 + H 2 O ↔ HClO + HCl
Pagkatapos ay nangyayari ang dissociation (dissociation ay ang agnas ng isang particle (molekula, radical, ion) sa ilang mas simpleng particle) ng nabuong hypochlorous acid HOCl ↔ H+ + OCl –
Ang pagkakaroon ng hypochlorous acid sa mga may tubig na solusyon ng chlorine at ang mga anion na nagreresulta mula sa paghihiwalay nito OSl - ay may malakas na mga katangian ng bactericidal (ito ang kakayahang sirain ang mga mikroorganismo). Ito ay lumabas na ang libreng hypochlorous acid ay halos 300 beses na mas aktibo kaysa sa mga hypochlorite ions. ClO-. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng natatanging kakayahan HClO tumagos ang bakterya sa pamamagitan ng kanilang mga lamad. Bilang karagdagan, tulad ng ipinahiwatig na namin, ang hypochlorous acid ay napapailalim sa agnas sa liwanag:
2HClO → 2 1O 2 + 2HCl → O 2 + HCl
na may pagbuo ng hydrochloric acid at atomic (singlet) oxygen (bilang isang intermediate), na siyang pinakamalakas na ahente ng oxidizing.

Proseso ng chlorination.

Sa planta ng paggamot ng tubig, ang chlorine ay ibinibigay sa isang liquefied state sa mga espesyal na lalagyan ng iba't ibang mga kapasidad, maliit at katamtamang dami ng mga silindro. Ngunit ang chlorine sa isang gas na estado ay ginagamit upang disimpektahin ang tubig. Ang gaseous chlorine ay nakukuha mula sa likidong chlorine sa pamamagitan ng pagsingaw nito sa mga coil evaporator, na mga vertical cylindrical apparatus na may mga coils na inilagay sa loob, kung saan dumadaan ang likidong chlorine. Ang dosing ng nakuhang gaseous chlorine sa tubig ay isinasagawa sa pamamagitan ng mga espesyal na device - vacuum chlorinators.
Matapos ang pagpasok ng chlorine sa ginagamot na tubig, ang mahusay na paghahalo nito sa tubig at sapat na tagal ng pagkakadikit nito sa tubig (hindi bababa sa 30 minuto) ay dapat tiyakin bago ang tubig ay ibinibigay sa mamimili. Dapat pansinin na ang tubig bago ang chlorination ay dapat na handa na at, bilang isang panuntunan, ang chlorination ay karaniwang isinasagawa bago ang nilinaw na tubig ay pumasok sa malinis na tangke ng tubig, kung saan ang kinakailangang oras ng pakikipag-ugnay ay natiyak.

Ang pangunahing bentahe ng paggamit ng chlorine gas para sa pagdidisimpekta ng tubig
ay:

mababang halaga ng proseso ng pagdidisimpekta ng tubig;
kadalian ng pagsasagawa ng proseso ng chlorination;
mataas na kakayahan sa pagdidisimpekta ng gaseous chlorine;
ang chlorine ay nakakaapekto hindi lamang sa mga mikroorganismo, ngunit nag-oxidize din ng mga organic at inorganic na sangkap;
ang klorin ay nag-aalis ng mga lasa at amoy ng tubig, ang kulay nito, ay hindi nakakatulong sa pagtaas ng labo.

Gayunpaman, ang chlorine ay isang napakabisang nakakalason na substance na kabilang sa pangalawang klase ng hazard. Ang gaseous chlorine ay isang malakas na oxidizing agent, sumusuporta sa pagkasunog ng maraming organikong substance, at nasusunog kapag nadikit sa mga nasusunog na substance. Ang turpentine, titanium at mga pulbos na metal sa isang kapaligiran ng chlorine ay may kakayahang kusang pagkasunog sa temperatura ng silid. Ang klorin ay bumubuo ng mga paputok na halo na may hydrogen.
Minsan ang mga gastos sa pagtiyak sa kaligtasan ng chlorination ay lumalampas sa mga gastos ng aktwal na chlorination ng tubig.

Kaugnay nito, ang paggamit ng sodium hypochlorite bilang ahente ng chlorine sa water chlorination ay isang magandang alternatibo sa gaseous chlorine.

Electrolysis

Ang pinakamurang, pinakasimpleng at pinakaligtas na paraan ay ang pagkuha ng mga solusyon sa disinfectant ng sodium hypochlorite sa pamamagitan ng electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng sodium chloride (NaCl) at ang pakikipag-ugnayan nito sa alkali sa parehong apparatus - isang electrolyzer.

Ang mga larawan ay nagpapakita ng electrolyzer. Seko dosing pump para sa sodium hypochlorite dosing at hermetically sealed Argal pump para sa pumping NaCl brine

Habang pinapanatili ang lahat ng mga pakinabang ng likidong klorin na klorin, ang electrolytic sodium hypochlorite decontamination ay umiiwas sa mga pangunahing kahirapan sa pagdadala at pag-iimbak ng nakakalason na gas.
Ang paggamit ng mga low concentrated sodium hypochlorite solutions ay nagpapataas sa kaligtasan ng water disinfection production process kumpara sa liquid chlorine at isang highly concentrated sodium hypochlorite solution.
Ang asin ay ang hilaw na materyal para sa paggawa ng sodium hypochlorite. Dahil ang reagent ay direktang ginagamit sa lugar ng resibo, hindi na kailangan ng transportasyon.
Ang teknolohikal na proseso para sa paggawa ng sodium hypochlorite ay kinabibilangan ng mga sumusunod na operasyon:

Maghanda ng saturated saline solution.
Ang pangunahing proseso para sa pagkuha ng sodium hypochlorite sa pamamagitan ng electrolysis.

Sa panahon ng electrolysis ng sodium chloride solution, nangyayari ang mga sumusunod na reaksyon:
sa katod: 2Na + + 2е→2Na;
2Na + 2H2O→2NaOH (sodium hydroxide) + H 2 ;
sa anode: 2Cl - - 2е→Cl 2 ;
Cl 2 + 2H 2 O → 2HClO (hypochlorous acid) + HCl.
Ang pangkalahatang reaksyon ay maaaring ilarawan bilang:
NaCl + H 2 O → NaClO + H 2.

Dahil ang proseso ng oksihenasyon ng sodium hypochlorite na may kasunod na pagbuo ng mga chlorites at chlorates ay nagpapabagal sa pagbaba ng temperatura, ang electrolysis ay isinasagawa sa medyo mababang temperatura ng gumaganang solusyon ng asin (20-25 ° C).
Ang asin ay ibinubuhos sa mga espesyal na lalagyan - mga saturator sa pamamagitan ng aparato sa paglo-load. Ang hilaw na materyal para sa paggawa ng mga solusyon na mababa ang konsentrasyon ng sodium hypochlorite ay food table salt ng pinakamataas na grado o "Extra". Ang ibinuhos na tubig, na dumadaan sa layer ng asin, ay bumubuo ng isang puspos na solusyon ng table salt.
Upang linisin ang isang puro solusyon sa asin, ang mga magaspang na filter at maaaring palitan na mga pinong filter ng polypropylene cartridge na may throughput na 5 microns ay ginagamit.
Ang isang puspos na solusyon ng sodium chloride ay pumped sa mixer, kung saan ito ay diluted na may gripo ng tubig sa isang gumaganang konsentrasyon (ayon sa SanPiN 2.1.4.1074-01), at pagkatapos ay sa electrolyzer.
Ang pangunahing proseso ng pagkuha ng sodium hypochlorite sa pamamagitan ng electrolysis ay isinasagawa sa mga pag-install na binubuo ng isang electrolysis bath at isang heat exchanger. Sa mga heat exchanger, ang electrolyte ay pinalamig sa tag-araw (na may tap water), at sa taglamig, ang gumaganang solusyon sa asin ay pinainit.
Sa mga paliguan ng electrolysis, ang mga titanium electrodes ay pinahiran ng ruthenium at iridium dioxides. Sa proseso ng electrolysis, ang mga deposito ng calcium at magnesium ay nangyayari sa mga electrodes, samakatuwid, pana-panahon, habang ang mga deposito na ito ay nabuo, ang mga electrolyzer ay na-flush sa isang closed circuit na may 4% hydrochloric acid solution (HCl).
Sa electrolyzer, ang tuluy-tuloy na electrolysis ng gumaganang solusyon sa asin ay nagaganap, bilang isang resulta kung saan nakuha ang sodium hypochlorite. Isang 3% NaCl solution sa pare-parehong volume flow rate na 2.5 m3/h ang dumadaloy sa planta ng electrolysis hanggang sa maabot ang nais na konsentrasyon ng NaClO (0.8%). Ang sodium hypochlorite na nabuo sa mga electrolyzer ay iniimbak sa mga espesyal na tangke upang magbigay ng reserba para sa mga pangangailangan ng mga pasilidad ng paggamot.
Ang sodium hypochlorite na may konsentrasyon na hindi bababa sa 8 g/l ng aktibong klorin ay pumapasok sa tangke ng imbakan, mula sa kung saan ito ibinubo sa mga dosing unit na matatagpuan malapit sa mga reagent injection point. Mula sa mga tangke, ang sodium hypochlorite ay pinapakain sa pamamagitan ng isang pipeline system sa pamamagitan ng pag-dosing ng mga bomba sa isang awtomatikong dosing station sa ginagamot na tubig.

Konklusyon
Ang paggamit ng mga low concentrated sodium hypochlorite solution ay nagpapabuti sa kaligtasan ng mga proseso ng paggamot sa tubig sa mga waterworks.

Ang kumbinasyon ng pagdidisimpekta ng ginagamot na tubig na may mababang konsentrasyon ng sodium hypochlorite (unang yugto) na may ultraviolet irradiation bago ito ibigay sa network ng supply ng tubig ng lungsod (ikalawang yugto) ay ginagarantiyahan ang ganap na pagsunod sa kalidad ng tubig sa mga tuntunin ng mga microbiological indicator na may kasalukuyang mga pamantayan at mataas nito kaligtasan ng epidemiological.

Kung isasaalang-alang ang electrolysis ng mga solusyon, hindi dapat kalimutan ng isa ang katotohanan na, bilang karagdagan sa mga electrolyte ions, sa anumang may tubig na solusyon mayroon ding mga ions na mga produkto pa rin ng dissociation ng tubig - H + at OH -. Sa isang electrolytic field, ang mga hydrogen ions ay lumipat sa katod, at ang hydroxyl sa anode. Kaya, ang parehong mga electrolyte cation at hydrogen cation ay maaaring ma-discharge sa cathode. Katulad nito, sa anode, ang parehong electrolyte anion at hydroxyl ions ay maaaring ma-discharge. Bilang karagdagan, ang mga molekula ng tubig ay maaari ding sumailalim sa electrochemical oxidation o reduction.

Isinasaalang-alang ang mga proseso ng cathodic na nagaganap sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon, kinakailangang isaalang-alang ang halaga ng potensyal ng proseso ng pagbabawas ng hydrogen ion. Ang potensyal na ito ay nakasalalay sa konsentrasyon ng mga hydrogen ions at sa kaso ng mga neutral na solusyon (рН=7) ay may halaga
φ \u003d -0.059 * 7 \u003d -0.41 V. Mula dito ay malinaw na kung ang electrolyte ay nabuo ng isang metal na ang potensyal ng elektrod ay mas positibo kaysa sa -0.41 V, kung gayon ang metal ay ilalabas mula sa neutral na solusyon sa katod. Ang ganitong mga metal ay nasa isang serye ng mga boltahe malapit sa hydrogen (nagsisimula sa humigit-kumulang mula sa lata) at pagkatapos nito. Sa kabaligtaran, sa kaso ng mga electrolyte, ang metal na kung saan ay may potensyal na mas negatibo kaysa sa -0.41 V, ang metal ay hindi mababawasan, ngunit ang hydrogen ay ilalabas. Ang mga naturang metal ay kinabibilangan ng mga metal ng simula ng isang serye ng mga stress, hanggang sa humigit-kumulang titanium. Sa wakas, kung ang potensyal ng metal ay malapit sa -0.41 V (mga metal ng gitnang bahagi ng serye ng Zn, Cr, Fe, Ni), kung gayon, depende sa konsentrasyon ng solusyon at mga kondisyon ng electrolysis, ang parehong pagbabawas ng metal at hydrogen evolution ay maaari; madalas mayroong magkasanib na paglabas ng metal at hydrogen.

Ang electrochemical evolution ng hydrogen mula sa mga acidic na solusyon ay nangyayari bilang resulta ng paglabas ng mga hydrogen ions. Sa kaso ng neutral o alkaline na media, ito ay resulta ng electrochemical reduction ng tubig:

2H 2 O + 2e - \u003d H 2 + 2OH -

4OH - \u003d O 2 + 2H 2 O + 4e -

at sa acidic o neutral:

2H 2 O \u003d O 2 + 4H + + 4e -

Sa mga kaso na isinasaalang-alang, ang electrochemical oxidation ng tubig ay ang pinaka-energetically kanais-nais na proseso. Ang mga anion na naglalaman ng oxygen ay maaaring hindi ma-oxidize, o ang kanilang oksihenasyon ay nangyayari sa napakataas na potensyal. Halimbawa, ang karaniwang potensyal na oksihenasyon ng SO 4 2- ion

2SO 4 2- \u003d S 2 O 8 2- + 2e -

ay 2.010 V, na mas mataas kaysa sa karaniwang potensyal na oksihenasyon ng tubig (1.228 V). Ang karaniwang potensyal na oksihenasyon ng F ion ay mas malaki pa (2.87 V).

2Cl - \u003d 2Cl + 2e - (φ \u003d 1.359 V)

2H 2 O \u003d O 2 + 4H + + 4e - (φ \u003d 1.228 V)

Isaalang-alang natin ang ilang karaniwang mga kaso ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon.

Electrolysis ng CuCl 2 solution na may inert anode. Ang tanso sa serye ng mga boltahe ay matatagpuan pagkatapos ng hydrogen; samakatuwid, sa katod magkakaroon ng discharge ng Cu 2+ ions at ang paglabas ng metal na tanso. Sa anode, ang mga chloride ions ay ilalabas.

Scheme ng electrolysis ng isang solusyon ng chloride stranded (II):

Cathode ← Cu 2+ 2Cl - → Anode

Cu 2+ + 2e - \u003d Cu 2Cl - \u003d 2Cl + 2e -

Electrolysis ng K 2 SO 4 na solusyon na may inert anode. Dahil ang potassium sa serye ng mga boltahe ay mas maaga kaysa sa hydrogen, ang hydrogen ay ilalabas sa katod at ang OH - ay maipon. Sa anode, ang oxygen ay ilalabas at ang mga H + ions ay maipon. Kasabay nito, ang mga K + ions ay papasok sa puwang ng katod, at SO 4 2- ions sa puwang ng anode. Kaya, ang solusyon sa lahat ng bahagi nito ay mananatiling neutral sa kuryente. Gayunpaman, ang alkali ay maipon sa puwang ng katod, at ang acid ay maipon sa anodic na espasyo.

Scheme ng electrolysis ng potassium sulfate solution:

Cathode ← 4K + 2SO 4 2- → Anode

4H 2 O + 4e - \u003d 4OH - + 4H 2H 2 O \u003d 4H + + 2O + 4e -

KOH 4H \u003d 2H 2 2O \u003d O 2 H 2 SO 4

Electrolysis ng NiSO 4 na solusyon na may nickel anode. Ang karaniwang potensyal ng nickel (-0.250 V) ay medyo mas malaki kaysa sa -0.41 V; samakatuwid, sa panahon ng electrolysis ng isang neutral na solusyon ng NiSO 4 sa cathode, ang mga Ni 2+ ions ay pangunahing pinalabas at ang metal ay pinakawalan. Sa anode, nangyayari ang kabaligtaran na proseso - ang oksihenasyon ng metal, dahil ang potensyal ng nikel ay mas mababa kaysa sa potensyal ng oksihenasyon ng tubig, at higit pa, ang potensyal ng oksihenasyon ng SO 4 2- ion. Kaya, sa kasong ito, ang electrolysis ay nabawasan sa paglusaw ng anode metal at ang paghihiwalay nito sa katod.

Nickel sulfate solution electrolysis scheme:

Cathode ← Ni 2+ SO 4 2- → Anode

Ni 2+ + 2e - \u003d Ni Ni \u003d Ni 2+ + 2e -

Ang prosesong ito ay ginagamit para sa electrochemical purification ng nickel.

Mga batas ni Faraday

1. Batas ni Faraday.

Ang masa ng sangkap na inilabas sa elektrod kapag ang isang electric current ay dumaan sa electrolyte solution ay direktang proporsyonal sa dami ng kuryente.

Kung saan ang ∆m ay ang dami ng reacted substance; Ang Q ay ang halaga ng kuryente; k e - koepisyent ng proporsyonalidad, na nagpapakita kung gaano kalaki ang reaksyon ng sangkap sa panahon ng pagpasa ng isang yunit ng kuryente. Ang halaga, k ay tinatawag na electrochemical equivalent.

k=M/(N A z│e│)

kung saan ang z ay ang ion valency; Ang M ay ang molar mass ng substance na inilabas sa electrode; Ang N A ay ang Avogadro constant. │e│= 1.6 10 -19 Cl.

2. Batas ni Faraday.

Ayon sa pangalawang batas ng Faraday, na may isang tiyak na halaga ng kuryente na naipasa, ang ratio ng masa ng mga reacted na sangkap ay katumbas ng ratio ng kanilang mga katumbas na kemikal:

∆m 1 /A 1 =∆m 2 /A 2 =∆m 3 /A 3 = const

Ang katumbas ng kemikal ng isang elemento ay katumbas ng ratio ng bahagi ng masa ng elemento na nagdaragdag o pumapalit sa isang atomic mass ng hydrogen o kalahati ng atomic mass ng oxygen sa mga kemikal na compound sa 1/12 ng masa ng C 12 atom. Ang konsepto ng "katumbas ng kemikal" ay naaangkop din sa mga compound. Kaya, ang kemikal na katumbas ng isang acid ay ayon sa bilang na katumbas ng molar mass nito na hinati sa basicity (bilang ng mga hydrogen ions), ang kemikal na katumbas ng isang base ay ang molar mass nito na hinati sa acidity (para sa isang inorganic na base, sa bilang ng hydroxyl pangkat), ang kemikal na katumbas ng asin ay ang molar mass nito, na hinati sa kabuuan ng mga singil ng mga cation o anion.