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हाइड्रोक्लोरिक एसिड इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण। इलेक्ट्रोलीज़




समाधान इलेक्ट्रोलिसिस
और पिघला हुआ नमक (2 घंटे)

वैकल्पिक पाठ्यक्रम "इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री" की कक्षाएं

पहले पाठ के लक्ष्य:

पहली पाठ योजना

1. धातुओं को प्राप्त करने के लिए अध्ययन किए गए तरीकों की पुनरावृत्ति।

2. नई सामग्री की व्याख्या।

3. जीई रुडज़ाइटिस, एफजी फेल्डमैन "केमिस्ट्री -9" (एम।: शिक्षा, 2002) द्वारा पाठ्यपुस्तक से समस्याओं का समाधान, पी। 120, नंबर 1, 2।

4. परीक्षण कार्यों पर ज्ञान के आत्मसात की जाँच करना।

5. इलेक्ट्रोलिसिस के आवेदन पर रिपोर्ट।

पहले पाठ के लक्ष्य:समाधानों और पिघले हुए लवणों के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए योजनाओं को लिखने का तरीका सिखाने के लिए और गणना की समस्याओं को हल करने के लिए प्राप्त ज्ञान को लागू करने के लिए; पाठ्यपुस्तक, परीक्षण सामग्री के साथ काम करने में कौशल का निर्माण जारी रखें; राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में इलेक्ट्रोलिसिस के अनुप्रयोग पर चर्चा करें।

पहले पाठ की प्रगति

सीखे हुए तरीकों की पुनरावृत्ति धातु प्राप्त करनाकॉपर (II) ऑक्साइड से कॉपर प्राप्त करने के उदाहरण पर।

संबंधित प्रतिक्रियाओं के समीकरणों को रिकॉर्ड करना:

धातुओं को उनके लवणों के विलयनों और गलनों से प्राप्त करने का दूसरा तरीका है विद्युत, या इलेक्ट्रोलीज़.

इलेक्ट्रोलिसिस एक रेडॉक्स प्रक्रिया है जो इलेक्ट्रोड पर तब होती है जब एक पिघला हुआ या इलेक्ट्रोलाइट समाधान के माध्यम से विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है।.

सोडियम क्लोराइड पिघल का इलेक्ट्रोलिसिस:

NaCl ना + + सीएल - ;

कैथोड (-) (ना +): ना + + इ= ना 0,

एनोड (-) (सीएल-): सीएल-- इ\u003d सीएल 0, 2Cl 0 \u003d सीएल 2;

2NaCl \u003d 2Na + Cl 2।

सोडियम क्लोराइड घोल का इलेक्ट्रोलिसिस:

NaCl ना + + सीएल - ,

एच 2 ओ एच + + ओएच -;

कैथोड (-) (ना +; एच +): एच + + इ= एच 0, 2 एच 0 = एच 2

(2 एच 2 ओ + 2 इ\u003d एच 2 + 2OH -),

एनोड (+) (Cl -; OH -): Cl - - इ\u003d सीएल 0, 2Cl 0 \u003d सीएल 2;

2NaCl + 2H 2 O \u003d 2NaOH + Cl 2 + H 2।

कॉपर (द्वितीय) नाइट्रेट समाधान का इलेक्ट्रोलिसिस:

Cu(NO 3) 2 Cu 2+ +

एच 2 ओ एच + + ओएच -;

कैथोड (-) (Cu 2+; H +): Cu 2+ + 2 इ= क्यू 0,

एनोड (+) (OH -): OH - - इ= ओह0,

4 एच 0 \u003d ओ 2 + 2 एच 2 ओ;

2Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O \u003d 2Cu + O 2 + 4HNO 3।

इन तीन उदाहरणों से पता चलता है कि धातु प्राप्त करने के अन्य तरीकों की तुलना में इलेक्ट्रोलिसिस करना अधिक लाभदायक क्यों है: धातु, हाइड्रॉक्साइड, एसिड, गैस प्राप्त होते हैं।

हमने इलेक्ट्रोलिसिस योजनाएँ लिखीं, और अब हम योजनाओं का उल्लेख किए बिना, लेकिन केवल आयन गतिविधि पैमाने का उपयोग करके, इलेक्ट्रोलिसिस समीकरणों को तुरंत लिखने का प्रयास करेंगे:

इलेक्ट्रोलिसिस समीकरणों के उदाहरण:

2HgSO 4 + 2H 2 O \u003d 2Hg + O 2 + 2H 2 SO 4;

ना 2 एसओ 4 + 2 एच 2 ओ \u003d ना 2 एसओ 4 + 2 एच 2 + ओ 2;

2LiCl + 2H 2 O \u003d 2LiOH + H 2 + Cl 2।

समस्या को सुलझानाजी.ई. रुडज़ाइटिस और एफ.जी. फेल्डमैन की पाठ्यपुस्तक से (9वीं कक्षा, पृष्ठ 120, संख्या 1, 2)।

कार्य 1।कॉपर (II) क्लोराइड के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, कैथोड के द्रव्यमान में 8 ग्राम की वृद्धि हुई। कौन सी गैस निकली, इसका द्रव्यमान क्या है?

समाधान

CuCl 2 + H 2 O \u003d Cu + Cl 2 + H 2 O,

(Cu) \u003d 8/64 \u003d 0.125 मोल,

(Cu) \u003d (Сl 2) \u003d 0.125 मोल,

एम(Cl 2) \u003d 0.125 71 \u003d 8.875 ग्राम।

उत्तर. गैस 8.875 ग्राम के द्रव्यमान के साथ क्लोरीन है।

कार्य 2।सिल्वर नाइट्रेट के एक जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान 5.6 लीटर गैस निकली। कैथोड पर कितने ग्राम धातु निक्षेपित होता है?

समाधान

4AgNO 3 + 2H 2 O \u003d 4Ag + O 2 + 4HNO 3,

(ओ 2) \u003d 5.6 / 22.4 \u003d 0.25 मोल,

(एजी) \u003d 4 (ओ 2) \u003d 4 25 \u003d 1 मोल,

एम(एजी) \u003d 1 107 \u003d 107 ग्राम।

उत्तर. 107 ग्राम चांदी।

परिक्षण

विकल्प 1

1. कैथोड पर पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, निम्नलिखित जारी किया जाता है:

ए) हाइड्रोजन; बी) ऑक्सीजन; ग) पोटेशियम।

2. समाधान में कॉपर (II) सल्फेट के समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, निम्नलिखित बनता है:

ए) कॉपर (द्वितीय) हाइड्रॉक्साइड;

बी) सल्फ्यूरिक एसिड;

3. एनोड पर बेरियम क्लोराइड के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, निम्नलिखित जारी किया जाता है:

ए) हाइड्रोजन; बी) क्लोरीन; ग) ऑक्सीजन।

4. एक एल्यूमीनियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान पिघला हुआ, कैथोड पर निम्नलिखित जारी किया जाता है:

ए) एल्यूमीनियम; बी) क्लोरीन;

c) इलेक्ट्रोलिसिस असंभव है।

5. सिल्वर नाइट्रेट के घोल का इलेक्ट्रोलिसिस निम्न योजना के अनुसार होता है:

ए) एग्नो 3 + एच 2 ओ एजी + एच 2 + एचएनओ 3;

बी) एगनो 3 + एच 2 ओ एजी + ओ 2 + एचएनओ 3;

ग) एग्नो 3 + एच 2 ओ एग्नो 3 + एच 2 + ओ 2।

विकल्प 2

1. एनोड पर सोडियम हाइड्रॉक्साइड घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, निम्नलिखित जारी किया जाता है:

ए) सोडियम; बी) ऑक्सीजन; ग) हाइड्रोजन।

2. समाधान में सोडियम सल्फाइड के समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, निम्नलिखित बनता है:

ए) हाइड्रोसल्फ्यूरिक एसिड;

बी) सोडियम हाइड्रोक्साइड;

3. मरकरी (II) क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान पिघला हुआ, कैथोड पर निम्नलिखित जारी किया जाता है:

ए) पारा; बी) क्लोरीन; c) इलेक्ट्रोलिसिस असंभव है।

4.

5. पारा (II) नाइट्रेट के एक समाधान का इलेक्ट्रोलिसिस निम्नलिखित योजना के अनुसार आगे बढ़ता है:

ए) एचजी (एनओ 3) 2 + एच 2 ओ एचजी + एच 2 + एचएनओ 3;

बी) एचजी (एनओ 3) 2 + एच 2 ओ एचजी + ओ 2 + एचएनओ 3;

सी) एचजी (एनओ 3) 2 + एच 2 ओ एचजी (एनओ 3) 2 + एच 2 + ओ 2।

विकल्प 3

1. कॉपर (II) नाइट्रेट के एक घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, कैथोड पर निम्नलिखित जारी किया जाता है:

ए) तांबा; बी) ऑक्सीजन; ग) हाइड्रोजन।

2. समाधान में लिथियम ब्रोमाइड के समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, निम्नलिखित बनता है:

बी) हाइड्रोब्रोमिक एसिड;

c) लिथियम हाइड्रॉक्साइड।

3. सिल्वर क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान पिघलते हुए, कैथोड पर निम्नलिखित जारी किया जाता है:

ए) चांदी; बी) क्लोरीन; c) इलेक्ट्रोलिसिस असंभव है।

4. एक एल्यूमीनियम क्लोराइड समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, एल्यूमीनियम को इसमें छोड़ा जाता है:

ए) कैथोड; बी) एनोड; c) घोल में रहता है।

5. बेरियम ब्रोमाइड के घोल का इलेक्ट्रोलिसिस निम्नलिखित योजना के अनुसार होता है:

ए) बाबर 2 + एच 2 ओ ब्र 2 + एच 2 + बा (ओएच) 2;

बी) बाबर 2 + एच 2 ओ ब्र 2 + बा + एच 2 ओ;

ग) बाबर 2 + एच 2 ओ ब्र 2 + ओ 2 + बा (ओएच) 2।

विकल्प 4

1. एनोड पर एक बेरियम हाइड्रॉक्साइड समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, निम्नलिखित जारी किया जाता है:

ए) हाइड्रोजन; बी) ऑक्सीजन; ग) बेरियम।

2. समाधान में पोटेशियम आयोडाइड के समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, निम्नलिखित बनता है:

क) हाइड्रोआयोडिक एसिड;

बी) पानी; ग) पोटेशियम हाइड्रोक्साइड।

3. लेड (II) क्लोराइड के पिघलने के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, कैथोड पर निम्नलिखित जारी किया जाता है:

अगुवाई की; बी) क्लोरीन; c) इलेक्ट्रोलिसिस असंभव है।

4. कैथोड पर सिल्वर नाइट्रेट विलयन के विद्युत अपघटन के दौरान, निम्नलिखित जारी होता है:

ए) चांदी; बी) हाइड्रोजन; ग) ऑक्सीजन।

5. सोडियम सल्फाइड घोल का इलेक्ट्रोलिसिस निम्नलिखित योजना के अनुसार होता है:

ए) ना 2 एस + एच 2 ओ एस + एच 2 + नाओएच;

बी) ना 2 एस + एच 2 ओ एच 2 + ओ 2 + ना 2 एस;

ग) ना 2 एस + एच 2 ओ एच 2 + ना 2 एस + नाओएच।

जवाब

विकल्प प्रश्न 1 प्रश्न 2 प्रश्न 3 प्रश्न 4 प्रश्न 5
1 एक बी बी एक बी
2 बी बी एक एक बी
3 एक में एक में एक
4 बी में एक एक एक

राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग

1. धातु उत्पादों को जंग से बचाने के लिए, उनकी सतह पर दूसरी धातु की एक पतली परत लगाई जाती है: क्रोमियम, चांदी, सोना, निकल, आदि। कभी-कभी महंगी धातुओं को बर्बाद न करने के लिए, बहु-परत कोटिंग का उत्पादन किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक कार के बाहरी हिस्सों को पहले तांबे की एक पतली परत से ढका जाता है, निकल की एक पतली परत तांबे पर लगाई जाती है, और उस पर क्रोमियम की एक परत लगाई जाती है।

इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा धातु पर लेप लगाने पर, वे मोटाई और टिकाऊ में भी प्राप्त होते हैं। इस तरह, आप किसी भी आकार के उत्पाद को कवर कर सकते हैं। एप्लाइड इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री की इस शाखा को कहा जाता है ELECTROPLATING.

2. संक्षारण संरक्षण के अलावा, गैल्वेनिक कोटिंग्स उत्पादों को एक सुंदर सजावटी रूप देती हैं।

3. इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री की एक और शाखा, इलेक्ट्रोप्लेटिंग के सिद्धांत के करीब, इलेक्ट्रोप्लेटिंग कहलाती है। यह विभिन्न मदों की सटीक प्रतियाँ प्राप्त करने की प्रक्रिया है। ऐसा करने के लिए, वस्तु को मोम से ढक दिया जाता है और एक मैट्रिक्स प्राप्त किया जाता है। मैट्रिक्स पर कॉपी किए गए ऑब्जेक्ट के सभी खांचे उभरे हुए होंगे। मोम मैट्रिक्स की सतह को ग्रेफाइट की एक पतली परत के साथ लेपित किया जाता है, जिससे यह विद्युत प्रवाहकीय बन जाता है।

परिणामी ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड को कॉपर सल्फेट घोल के स्नान में डुबोया जाता है। एनोड कॉपर है। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, कॉपर एनोड घुल जाता है, और कॉपर ग्रेफाइट कैथोड पर जमा हो जाता है। इस प्रकार, एक सटीक तांबे की प्रति प्राप्त की जाती है।

इलेक्ट्रोफॉर्मिंग की मदद से, छपाई के लिए क्लिच, ग्रामोफोन रिकॉर्ड बनाए जाते हैं, विभिन्न वस्तुओं को धातुकृत किया जाता है। गैल्वेनोप्लास्टी की खोज रूसी वैज्ञानिक बीएस जैकोबी (1838) ने की थी।

रिकॉर्ड डाई बनाने में प्लास्टिक रिकॉर्ड पर चांदी की एक पतली परत लगाकर इसे विद्युत प्रवाहकीय बनाया जाता है। फिर प्लेट पर इलेक्ट्रोलाइटिक निकल कोटिंग लगाई जाती है।

इलेक्ट्रोलाइटिक बाथ में प्लेट बनाने के लिए क्या करना चाहिए - एनोड या कैथोड?

(ई टी कैथोड के बारे में।)

4. इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग कई धातुओं को प्राप्त करने के लिए किया जाता है: क्षार, क्षारीय पृथ्वी, एल्यूमीनियम, लैंथेनाइड्स आदि।

5. अशुद्धियों से कुछ धातुओं को साफ करने के लिए, अशुद्धियों वाली धातु को एनोड से जोड़ा जाता है। इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के दौरान धातु घुल जाती है और धातु कैथोड पर अवक्षेपित हो जाती है, जबकि अशुद्धता घोल में रहती है।

6. जटिल पदार्थ (क्षार, ऑक्सीजन युक्त एसिड), हलोजन प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रोलिसिस का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

व्यावहारिक कार्य
(दूसरा पाठ)

पाठ के लक्ष्य।जल इलेक्ट्रोलिसिस का संचालन करें, अभ्यास में इलेक्ट्रोप्लेटिंग दिखाएं, पहले पाठ में प्राप्त ज्ञान को समेकित करें।

उपकरण।छात्र मेजों पर: एक फ्लैट बैटरी, टर्मिनलों के साथ दो तार, दो ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड, एक बीकर, टेस्ट ट्यूब, दो पैरों वाला एक तिपाई, 3% सोडियम सल्फेट घोल, एक स्पिरिट लैंप, माचिस, एक टॉर्च।

शिक्षक की मेज पर: वही + कॉपर सल्फेट का एक घोल, एक पीतल की चाबी, एक कॉपर ट्यूब (तांबे का एक टुकड़ा)।

छात्र ब्रीफिंग

1. टर्मिनलों वाले तारों को इलेक्ट्रोड से जोड़ें।

2. इलेक्ट्रोड को एक गिलास में रखें ताकि वे स्पर्श न करें।

3. बीकर में इलेक्ट्रोलाइट घोल (सोडियम सल्फेट) डालें।

4. परखनलियों में पानी डालें और उन्हें इलेक्ट्रोलाइट वाले गिलास में उल्टा रखकर, उन्हें एक-एक करके ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड पर रखें, तिपाई के पैर में परखनली के ऊपरी किनारे को ठीक करें।

5. डिवाइस को माउंट करने के बाद, तारों के सिरों को बैटरी से जोड़ दें।

6. गैस के बुलबुले के विकास का निरीक्षण करें: उनमें से कम कैथोड की तुलना में एनोड पर जारी होते हैं। एक परखनली में लगभग सभी पानी जारी गैस से विस्थापित होने के बाद, और दूसरे में - आधे से, बैटरी से तारों को डिस्कनेक्ट करें।

7. स्पिरिट लैम्प को जलाएं, टेस्ट ट्यूब को सावधानी से हटाएं, जहां पानी लगभग पूरी तरह से विस्थापित हो गया है, और इसे स्पिरिट लैंप के पास लाएं - गैस की एक विशिष्ट पॉप सुनाई देगी।

8. एक टॉर्च जलाएं। दूसरी टेस्ट ट्यूब निकालें, गैस के सुलगते हुए छींटे से जाँच करें।

छात्रों के लिए असाइनमेंट

1. डिवाइस को स्केच करें।

2. जल के विद्युत अपघटन के लिए एक समीकरण लिखिए और समझाइए कि सोडियम सल्फेट के विलयन में विद्युत अपघटन करना क्यों आवश्यक था।

3. प्रतिक्रिया समीकरण लिखें जो इलेक्ट्रोड पर गैसों की रिहाई को दर्शाता है।

शिक्षक प्रदर्शन प्रयोग
(कक्षा में सर्वश्रेष्ठ छात्रों द्वारा किया जा सकता है
उचित उपकरण के साथ)

1. वायर टर्मिनलों को कॉपर ट्यूब और ब्रास की से कनेक्ट करें।

2. ट्यूब और चाबी को कॉपर (II) सल्फेट सॉल्यूशन वाले बीकर में डालें।

3. तारों के दूसरे सिरों को बैटरी से कनेक्ट करें: बैटरी का "माइनस" कॉपर ट्यूब, "प्लस" कुंजी!

4. कुंजी की सतह पर ताँबे के निकलने का निरीक्षण करें।

5. प्रयोग करने के बाद, पहले बैटरी से टर्मिनलों को डिस्कनेक्ट करें, फिर कुंजी को समाधान से हटा दें।

6. घुलनशील इलेक्ट्रोड के साथ इलेक्ट्रोलिसिस सर्किट को अलग करें:

CuSO 4 \u003d Cu 2+ +

एनोड (+): Сu 0 - 2 इ\u003d Cu 2+,

कैथोड (-): Cu 2+ + 2 इ= सीयू 0।

घुलनशील एनोड के साथ इलेक्ट्रोलिसिस के लिए समग्र समीकरण नहीं लिखा जा सकता।

कॉपर (II) सल्फेट के घोल में इलेक्ट्रोलिसिस किया गया, क्योंकि:

a) विद्युत प्रवाह को प्रवाहित करने के लिए एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान की आवश्यकता होती है, tk। पानी एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है;

बी) प्रतिक्रियाओं के कोई उप-उत्पाद जारी नहीं किए जाएंगे, लेकिन कैथोड पर केवल तांबा।

7. अतीत को समेकित करने के लिए, कार्बन इलेक्ट्रोड के साथ जिंक क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए एक योजना लिखें:

ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -,

कैथोड (-): Zn 2+ + 2 इ= जेएन 0,

2H2O+2 इ\u003d एच 2 + 2OH -,

एनोड (+): 2Cl - - 2 इ=Cl2।

इस मामले में समग्र प्रतिक्रिया समीकरण नहीं लिखा जा सकता, क्योंकि यह ज्ञात नहीं है कि बिजली की कुल मात्रा का कौन सा हिस्सा पानी की कमी के लिए जाता है, और कौन सा हिस्सा जिंक आयनों की कमी के लिए जाता है।
प्रदर्शन प्रयोग की योजना

गृहकार्य

1. अक्रिय इलेक्ट्रोड वाले कॉपर (II) नाइट्रेट और सिल्वर नाइट्रेट के मिश्रण वाले घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए एक समीकरण लिखें।

2. सोडियम हाइड्रॉक्साइड विलयन के विद्युत अपघटन के लिए समीकरण लिखिए।

3. तांबे के सिक्के को साफ करने के लिए, इसे बैटरी के नकारात्मक ध्रुव से जुड़े तांबे के तार पर लटका दिया जाना चाहिए, और 2.5% NaOH के घोल में उतारा जाना चाहिए, जहाँ बैटरी के सकारात्मक ध्रुव से जुड़े ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड को भी डुबोया जाना चाहिए। . बताएं कि एक सिक्का कैसे साफ हो जाता है। ( उत्तर. कैथोड पर हाइड्रोजन आयन कम हो रहे हैं:

2एच + + 2 इ\u003d एच 2।

सिक्के की सतह पर कॉपर ऑक्साइड के साथ हाइड्रोजन प्रतिक्रिया करता है:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O।

यह विधि पाउडर से सफाई करने से बेहतर है, क्योंकि। सिक्का मिटाया नहीं गया है।)

जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस पर विचार करते समय, यह ध्यान में रखना चाहिए कि इलेक्ट्रोलाइट आयनों के अलावा, किसी भी जलीय घोल में ऐसे आयन भी होते हैं जो पानी के H + और OH - के पृथक्करण के उत्पाद होते हैं।

एक विद्युत क्षेत्र में, हाइड्रोजन आयन कैथोड की ओर बढ़ते हैं, और OH आयन एनोड की ओर बढ़ते हैं। इस प्रकार, कैथोड पर इलेक्ट्रोलाइट केशन और हाइड्रोजन केशन दोनों को डिस्चार्ज किया जा सकता है। इसी तरह, एनोड पर, इलेक्ट्रोलाइट आयनों और हाइड्रॉक्साइड आयनों दोनों का निर्वहन किया जा सकता है। इसके अलावा, पानी के अणु भी विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण या कमी से गुजर सकते हैं।

इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान इलेक्ट्रोड पर कौन सी विद्युत रासायनिक प्रक्रियाएं होंगी, यह मुख्य रूप से संबंधित विद्युत रासायनिक प्रणालियों के इलेक्ट्रोड क्षमता के सापेक्ष मूल्यों पर निर्भर करेगा। कई संभावित प्रक्रियाओं में से, न्यूनतम ऊर्जा खपत वाला एक आगे बढ़ेगा। इसका मतलब यह है कि उच्चतम इलेक्ट्रोड क्षमता वाले इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम के ऑक्सीकृत रूपों को कैथोड पर कम किया जाएगा, जबकि सबसे कम इलेक्ट्रोड क्षमता वाले सिस्टम के कम रूपों को एनोड पर ऑक्सीकृत किया जाएगा। सामान्य स्थिति में, वे परमाणु, अणु और आयन, जिनकी क्षमता दी गई परिस्थितियों में सबसे कम है, एनोड पर अधिक आसानी से ऑक्सीकृत हो जाते हैं, और वे आयन, अणु, परमाणु जिनकी क्षमता सबसे अधिक होती है, कैथोड पर अधिक आसानी से कम हो जाते हैं। आइए लवणों के जलीय विलयनों के वैद्युतअपघटन के दौरान होने वाली कैथोडिक प्रक्रियाओं पर विचार करें। यहां हाइड्रोजन आयनों की कमी की प्रक्रिया की इलेक्ट्रोड क्षमता के परिमाण को ध्यान में रखना आवश्यक है, जो हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता पर निर्भर करता है। हम हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के लिए इलेक्ट्रोड क्षमता का सामान्य समीकरण जानते हैं (अनुभाग 2.3)।

तटस्थ समाधान (pH=7) के मामले में, हाइड्रोजन आयन कमी प्रक्रिया की इलेक्ट्रोड क्षमता का मान है

φ = –0,059 . 7 = -0.41 वी.

1) धातु के पिंजरों वाले नमक के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, जिसकी इलेक्ट्रोड क्षमता -0.41 V से बहुत अधिक सकारात्मक होती है, कैथोड पर ऐसे इलेक्ट्रोलाइट के तटस्थ घोल से धातु कम हो जाएगी। ऐसी धातुएं हाइड्रोजन के पास वोल्टेज की एक श्रृंखला में होती हैं (लगभग टिन से शुरू होकर उसके बाद);

2) धातु के पिंजरों वाले नमक के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, जिसकी इलेक्ट्रोड क्षमता -0.41 V से बहुत अधिक नकारात्मक होती है, धातु कैथोड पर कम नहीं होगी, लेकिन हाइड्रोजन निकल जाएगी। ऐसी धातुओं में लगभग टाइटेनियम तक क्षार, क्षारीय पृथ्वी, मैग्नीशियम, एल्यूमीनियम शामिल हैं;

3) धातु के पिंजरों वाले नमक के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, जिसकी इलेक्ट्रोड क्षमता -0.41 V (श्रृंखला के मध्य भाग की धातुएँ - Zn, Cr, Fe, Cd, Ni) के करीब होती है, फिर, एकाग्रता के आधार पर नमक समाधान और इलेक्ट्रोलिसिस की स्थिति (वर्तमान घनत्व, तापमान, समाधान संरचना), धातु में कमी और हाइड्रोजन विकास दोनों संभव हैं; कभी-कभी धातु और हाइड्रोजन का संयुक्त विमोचन होता है।

हाइड्रोजन आयनों के निर्वहन के कारण अम्लीय विलयनों से हाइड्रोजन का विद्युत रासायनिक विमोचन होता है:

2 एच + 2ई → 2एच 0

2 एच 0 = एच 2 .

तटस्थ या क्षारीय मीडिया के मामले में, पानी की विद्युत रासायनिक कमी के परिणामस्वरूप हाइड्रोजन का विकास होता है:

एचओएच + ई → एच 0 + ओह –

एच 0 + एच 0 = एच 2 ,

फिर 2HON + 2ē → एच 2 + 2ओएच –

इस प्रकार, जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोडिक प्रक्रिया की प्रकृति मुख्य रूप से धातुओं की मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की श्रृंखला में संबंधित धातु की स्थिति से निर्धारित होती है।

यदि विभिन्न धातुओं के धनायन वाले जलीय घोल को इलेक्ट्रोलिसिस के अधीन किया जाता है, तो कैथोड पर उनकी रिहाई, एक नियम के रूप में, धातु की इलेक्ट्रोड क्षमता के बीजीय मूल्य को कम करने के क्रम में आगे बढ़ेगी। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोलाइज़र के टर्मिनलों पर पर्याप्त वोल्टेज के साथ Ag +, Cu 2+ और Zn 2+ के मिश्रण से, सिल्वर केशन (φ 0 \u003d +0.8 V), फिर कॉपर (φ 0 \u003d +0.34 V) ) और , अंत में, जस्ता (φ 0 \u003d -0.76 वी)।

धातुओं के मिश्रण से धातुओं के विद्युत रासायनिक पृथक्करण का उपयोग इंजीनियरिंग और मात्रात्मक विश्लेषण में किया जाता है। सामान्य तौर पर, धातु आयनों के लिए निर्वहन (इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करने) की क्षमता मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की श्रृंखला में धातुओं की स्थिति से निर्धारित होती है। धातु जितनी अधिक बाईं ओर वोल्टेज की श्रृंखला में होती है, उसकी नकारात्मक क्षमता या कम सकारात्मक क्षमता उतनी ही अधिक होती है, उसके आयनों का निर्वहन करना उतना ही कठिन होता है। तो, वोल्टेज की एक श्रृंखला में धातु के आयनों से, त्रिसंयोजक सोने के आयनों को सबसे आसानी से (विद्युत प्रवाह के सबसे कम वोल्टेज पर) डिस्चार्ज किया जाता है, फिर चांदी के आयन, आदि। सबसे कठिन (विद्युत प्रवाह के उच्चतम वोल्टेज पर) पोटेशियम आयनों का निर्वहन होता है। लेकिन एक धातु की क्षमता का मूल्य, जैसा कि ज्ञात है, विलयन में इसके आयनों की सांद्रता के आधार पर भिन्न होता है; उसी तरह, प्रत्येक धातु के आयनों के निर्वहन में आसानी उनकी एकाग्रता के आधार पर भिन्न होती है: एकाग्रता में वृद्धि से आयनों के निर्वहन में सुविधा होती है, कमी से यह मुश्किल हो जाता है। इसलिए, कई धातुओं के आयनों वाले एक समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, यह हो सकता है कि एक अधिक सक्रिय धातु की रिहाई कम सक्रिय एक की रिहाई से पहले हो (यदि पहले धातु आयन की एकाग्रता महत्वपूर्ण है, और सेकंड बहुत कम है)।

आइए, लवणों के जलीय विलयनों के वैद्युतअपघटन के दौरान होने वाली एनोडिक प्रक्रियाओं पर विचार करें। एनोड पर होने वाली प्रतिक्रियाओं की प्रकृति पानी के अणुओं की उपस्थिति और उस पदार्थ पर निर्भर करती है जिससे एनोड बना है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि एनोड सामग्री इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान ऑक्सीकरण कर सकती है। इस संबंध में, एक निष्क्रिय (अघुलनशील) एनोड के साथ इलेक्ट्रोलिसिस और एक सक्रिय (घुलनशील) एनोड के साथ इलेक्ट्रोलिसिस के बीच अंतर किया जाता है। अघुलनशील एनोड कोयले, ग्रेफाइट, प्लैटिनम, इरिडियम से बने होते हैं; घुलनशील एनोड्स - तांबा, चांदी, जस्ता, कैडमियम, निकल और अन्य धातुओं से। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान अघुलनशील एनोड पर, आयनों या पानी के अणुओं का ऑक्सीकरण होता है। ऑक्सीजन रहित एसिड HI, HBr, HCl, H 2 S और उनके लवण (HF और फ्लोराइड को छोड़कर) के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, आयनों को एनोड पर डिस्चार्ज किया जाता है और संबंधित हैलोजन को छोड़ा जाता है। ध्यान दें कि एचसीएल और उसके लवणों के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान क्लोरीन की रिहाई सिस्टम की पारस्परिक स्थिति का खंडन करती है

2Cl – – 2→क्लोरीन 2 (φ 0 = +1.36 वी)

2 एच 2 हे– 4ē →हे 2 + 4 एच + (φ 0 = +1.23 वी)

मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की एक श्रृंखला में। यह विसंगति इन दो इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं में से दूसरे के एक महत्वपूर्ण ओवरवॉल्टेज से जुड़ी है - एनोड सामग्री का ऑक्सीजन विकास की प्रक्रिया पर एक निरोधात्मक प्रभाव पड़ता है।

आयनों SO 4 2-, SO 3 2-, NO 3 -, PO 4 3-, आदि के साथ-साथ हाइड्रोजन फ्लोराइड और फ्लोराइड युक्त लवणों के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, पानी का विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण होता है। समाधान के पीएच के आधार पर, यह प्रक्रिया अलग तरीके से आगे बढ़ती है और विभिन्न समीकरणों में लिखी जा सकती है। एक क्षारीय माध्यम में, समीकरण का रूप होता है

4ओह – – 4ē → 2H 2 ओ + ओ 2 , (पीएच> 7)

और हमारे पास अम्लीय या तटस्थ मीडिया में है

Höh– 2→हे 0 + 2 एच + (पीएच ≤ 7)

2 हे 0 = हे 2 ,

फिर 2 एच 2 ओ - 4ē → 4N + + 2ओ 2 .

विचाराधीन मामलों में, पानी का विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण सबसे ऊर्जावान रूप से अनुकूल प्रक्रिया है। ऑक्सीजन युक्त आयनों का ऑक्सीकरण बहुत अधिक क्षमता पर होता है। उदाहरण के लिए, SO 4 2- आयन - 2ē → S 2 O 8 2- की मानक ऑक्सीकरण क्षमता 2.01 V है, जो 1.228 V की मानक जल ऑक्सीकरण क्षमता से काफी अधिक है।

2 एच 2 ओ - 4ē → ओ 2 + 4एच + (φ 0 = 1.228 वी).

मानक आयन ऑक्सीकरण क्षमता F - और भी महत्वपूर्ण है

2एफ – – 2→एफ 2 (φ 0 = 2 ,87 पर).

सामान्य तौर पर, नमक, धातु और हाइड्रोजन के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान इलेक्ट्रोलाइज़र के कैथोड के पास एक साथ आते हैं, जबकि उनमें से प्रत्येक कैथोड से आने वाले इलेक्ट्रॉनों के कारण कम होने का "दावा" करता है। वास्तव में कैथोड पर अपचयन प्रक्रिया किस प्रकार आगे बढ़ेगी? इसका उत्तर धातुओं के अनेक प्रतिबलों के आधार पर प्राप्त किया जा सकता है। इस मामले में, धातु के मानक इलेक्ट्रोड क्षमता के बीजगणितीय मान जितना छोटा होता है, कमजोर इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता उनके धनायन होते हैं और कैथोड पर उन्हें कम करना उतना ही कठिन होता है। इस संबंध में, विद्युतीकरण के संबंध में उनके संबंध के अनुसार तीन समूहों को अलग किया जाता है।

1. उच्च इलेक्ट्रॉन-निकासी गतिविधि (Cu 2+, Hg 2+, Ag+, Au 3+, Pt 2+, Pt 4+) की विशेषता वाले धनायन। इन पिंजरों के लवणों के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, धातु के पिंजरों की लगभग पूर्ण कमी होती है; वर्तमान उत्पादन 100% या इसके करीब।

2. इलेक्ट्रॉन-निकासी क्षमता (Mn 2+, Zn 2+, Cr 3+, Fe 2+, Ni 2+, Sn 2+, Pb 2+) के औसत मूल्यों की विशेषता। कैथोड पर इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, धातु और पानी दोनों अणुओं के धनायन एक साथ कम हो जाते हैं, जिससे धातु की वर्तमान दक्षता में कमी आती है।

3. कम इलेक्ट्रॉन-निकासी क्षमता (K +, Ca 2+, Mg 2+, Al 3+) प्रदर्शित करने वाले धनायन। इस मामले में, कैथोड के इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता विचाराधीन समूह के धनायन नहीं हैं, बल्कि पानी के अणु हैं। इस मामले में, जलीय घोल में कटियन स्वयं अपरिवर्तित रहते हैं, और वर्तमान दक्षता शून्य तक पहुंच जाती है।

एनोड पर इलेक्ट्रोक्सिडेशन के लिए विभिन्न आयनों का अनुपात

    ऑक्सीजन मुक्त एसिड के आयन और उनके लवण (Cl¯, Br¯, J¯, S2-, CN¯, आदि) अपने इलेक्ट्रॉनों को पानी के अणु से कमजोर रखते हैं। इसलिए, इन आयनों वाले यौगिकों के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, बाद वाले इलेक्ट्रॉन दाताओं की भूमिका निभाएंगे, वे ऑक्सीकृत हो जाएंगे और अपने इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के बाहरी सर्किट में स्थानांतरित कर देंगे।

    ऑक्सीजन एसिड के आयन (एनओ 3 ¯, एसओ 4 2-, पीओ 4 3-, आदि) अपने इलेक्ट्रॉनों को पानी के अणुओं की तुलना में अधिक मजबूती से पकड़ने में सक्षम हैं। इस मामले में, एनोड पर पानी का ऑक्सीकरण होता है, जबकि आयन स्वयं अपरिवर्तित रहते हैं।

घुलनशील एनोड के मामले में, ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं की संख्या बढ़कर तीन हो जाती है:

1) ऑक्सीजन की रिहाई के साथ पानी का विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण; 2) अनियन डिस्चार्ज (यानी, इसका ऑक्सीकरण); 3) एनोड धातु का विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण (धातु का एनोडिक विघटन)।

संभावित प्रक्रियाओं में से, जो ऊर्जावान रूप से सबसे अनुकूल होगा वह होगा। यदि एनोड धातु दोनों अन्य विद्युत रासायनिक प्रणालियों की तुलना में पहले मानक क्षमता की श्रृंखला में स्थित है, तो धातु का एनोडिक विघटन देखा जाएगा। अन्यथा, ऑक्सीजन या अनियन डिस्चार्ज का विकास होगा। ऋणायनों के निस्सरण के लिए कोई निकट अनुक्रम स्थापित नहीं किया गया है। इलेक्ट्रॉनों को दान करने की क्षमता को कम करके, सबसे आम आयनों को निम्नानुसार व्यवस्थित किया जाता है: S 2-, J ¯, Br ¯, Cl ¯, OH¯, H 2 O, SO 4 2-, NO 3 ¯, CO 3 2- पीओ 4 3-।

आइए जलीय घोलों के इलेक्ट्रोलिसिस के कई विशिष्ट मामलों पर विचार करें।

    अघुलनशील एनोड के साथ CuCl2 विलयन का विद्युत अपघटन

वोल्टेज की एक श्रृंखला में, तांबा हाइड्रोजन के बाद स्थित होता है, इसलिए Cu 2+ को कैथोड पर डिस्चार्ज किया जाएगा और धात्विक कॉपर को छोड़ा जाएगा, और क्लोराइड आयनों को एनोड पर आणविक क्लोरीन Cl 2 में ऑक्सीकृत किया जाएगा।

कैथोड (-)

घन 2+ + 2ē → घन 0

2Cl – - 2ē → सीएल 2

घन 2+ + 2 क्लोरीन – → घन 0 +सीएल 2

क्यूसीएल 2 → घन 0 +सीएल 2

धातु वर्तमान उत्पादन (95-100%)।

    NaNO3 समाधान का इलेक्ट्रोलिसिस

चूंकि वोल्टेज की श्रृंखला में सोडियम हाइड्रोजन की तुलना में बहुत पहले है, कैथोड पर पानी का निर्वहन किया जाएगा। एनोड पर पानी भी छोड़ा जाएगा।

कैथोड (-)

2 एच 2 हे+ 2ē →एच 2 + 2 ओह –

2 एच 2 O–4ē → 4H + + हे 2 .

इस प्रकार, कैथोड पर हाइड्रोजन छोड़ा जाता है और एक क्षारीय वातावरण बनाया जाता है, ऑक्सीजन एनोड पर छोड़ा जाता है और एनोड के पास एक अम्लीय वातावरण बनाया जाता है। यदि एनोड और कैथोड रिक्त स्थान एक दूसरे से अलग नहीं होते हैं, तो समाधान इसके सभी भागों में विद्युत रूप से तटस्थ रहेगा।

कैथोड (-)

2 एच 2 हे+ 2ē →एच 2 + 2 ओह –

2 एच 2 O–4ē → 4H + + हे 2 .

6 2 ओ → 2 एच 2 + 4ओह – + 4एच + + हे 2

6 2 ओ → 2 एच 2 + हे 2 + 4एच 2 हे

2 एच 2 हे → 2 एच 2 + हे 2

धातु का वर्तमान उत्पादन शून्य है।

इसलिए, NaNO3 समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, पानी का इलेक्ट्रोलिसिस होगा। समाधान की विद्युत चालकता में वृद्धि के लिए NaNO3 नमक की भूमिका कम हो जाती है।

FeSO4 समाधान का इलेक्ट्रोलिसिस

कैथोड (-) (कमी) पर प्रतिक्रियाएं:

एक) फ़े 2+ + 2ē → फे 0

एक साथ प्रतिक्रियाएँ

बी) 2 एच 2 हे+ 2ē →एच 2 + 2 ओह – .

एनोड (+) (ऑक्सीकरण) पर प्रतिक्रिया:

2 एच 2 O–4ē → 4H + + हे 2 .

धातु का वर्तमान उत्पादन औसत है।

    अघुलनशील एनोड के साथ KJ समाधान का इलेक्ट्रोलिसिस

कैथोड (-)

2 एच 2 हे+ 2ē →एच 2 + 2 ओह –

2 जे – – 2ē → जे 2

2 एच 2 हे + 2 जे – → एच 2 + 2 ओह – + जे 2 .

समाधान केजे के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए अंतिम प्रतिक्रिया समीकरण:

2केजे+2एच 2 ओ → एच 2 + जे 2 + 2KOH.

    कॉपर (घुलनशील) एनोड के साथ CuSO4 विलयन का इलेक्ट्रोलिसिस।

तांबे की मानक क्षमता +0.337 V है, जो -0.41 V से बहुत अधिक है; इसलिए, कैथोड पर CuSO 4 के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, Cu 2+ आयनों का निर्वहन होता है और धात्विक तांबा निकलता है। एनोड पर, विपरीत प्रक्रिया होती है - धातु का ऑक्सीकरण, चूंकि तांबे की क्षमता पानी की ऑक्सीकरण क्षमता (+1.228 V) से बहुत कम है, और इससे भी अधिक - SO 4 2- आयन की ऑक्सीकरण क्षमता ( +2.01 वी)। नतीजतन, इस मामले में, इलेक्ट्रोलिसिस को एनोड की धातु (तांबे) के विघटन और कैथोड पर अलग करने के लिए कम किया जाता है।

कॉपर सल्फेट समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस की योजना:

कैथोड (-)

घन 2+ + 2ē → घन 0

घन 0 – 2ē → घन 2+ .

इस प्रक्रिया का उपयोग धातुओं के विद्युत शोधन (तथाकथित इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन) के लिए किया जाता है।

इलेक्ट्रोलिसिस क्या है? इस प्रश्न के उत्तर की सरल समझ के लिए, आइए दिष्टधारा के किसी स्रोत की कल्पना करें। प्रत्येक डीसी स्रोत के लिए, आप हमेशा सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुव पा सकते हैं:

आइए हम इसे दो रासायनिक रूप से प्रतिरोधी विद्युत प्रवाहकीय प्लेटों से जोड़ते हैं, जिन्हें हम इलेक्ट्रोड कहेंगे। धनात्मक ध्रुव से जुड़ी प्लेट को एनोड और ऋणात्मक ध्रुव से जुड़ी प्लेट को कैथोड कहा जाता है:

सोडियम क्लोराइड एक इलेक्ट्रोलाइट है; जब यह पिघलता है, तो यह सोडियम केशन और क्लोराइड आयनों में अलग हो जाता है:

NaCl \u003d Na + + Cl -

यह स्पष्ट है कि ऋणात्मक रूप से आवेशित क्लोरीन आयन धनात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रोड - एनोड में जाएंगे, और धनात्मक रूप से आवेशित Na + धनायन ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रोड - कैथोड में जाएंगे। इसके परिणामस्वरूप Na+ धनायन तथा Cl-ऋण दोनों विसर्जित हो जाएंगे, अर्थात् वे उदासीन परमाणु बन जाएंगे। निर्वहन Na + आयनों के मामले में इलेक्ट्रॉनों के अधिग्रहण और Cl - आयनों के मामले में इलेक्ट्रॉनों के नुकसान के माध्यम से होता है। अर्थात्, प्रक्रिया कैथोड पर आगे बढ़ती है:

ना + + 1ई - = ना0,

और एनोड पर:

सीएल - − 1e - = सीएल

चूँकि प्रत्येक क्लोरीन परमाणु में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है, उनका एकल अस्तित्व प्रतिकूल होता है और क्लोरीन परमाणु दो क्लोरीन परमाणुओं के अणु में जुड़ जाते हैं:

Сl∙ + ∙Cl \u003d Cl 2

इस प्रकार, कुल मिलाकर, एनोड पर होने वाली प्रक्रिया अधिक सही ढंग से इस प्रकार लिखी जाती है:

2Cl - - 2e - = Cl 2

अर्थात्, हमारे पास है:

कैथोड: Na + + 1e - = Na 0

एनोड: 2Cl - - 2e - = Cl 2

आइए इलेक्ट्रॉनिक संतुलन का योग करें:

ना + + 1e - = ना 0 |∙2

2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1<

दोनों समीकरणों के बाएँ और दाएँ पक्षों को जोड़ें आधी प्रतिक्रियाएँ, हम पाते हैं:

2Na + + 2e - + 2Cl - - 2e - = 2Na 0 + Cl2

हम दो इलेक्ट्रॉनों को उसी तरह कम करते हैं जैसे बीजगणित में किया जाता है, हमें इलेक्ट्रोलिसिस का आयनिक समीकरण मिलता है:

2NaCl (एल।) => 2Na + Cl 2

सैद्धांतिक दृष्टिकोण से, ऊपर विचार किया गया मामला सबसे सरल है, क्योंकि सोडियम क्लोराइड पिघल गया है, सकारात्मक रूप से आवेशित आयनों में केवल सोडियम आयन थे, और नकारात्मक लोगों में केवल क्लोरीन आयन थे।

दूसरे शब्दों में, कैथोड और एनोड के लिए न तो Na + धनायन और न ही Cl - आयनों में "प्रतियोगी" थे।

और क्या होगा, उदाहरण के लिए, यदि सोडियम क्लोराइड के पिघलने के बजाय इसके जलीय घोल में करंट प्रवाहित किया जाए? इस मामले में सोडियम क्लोराइड का पृथक्करण भी देखा जाता है, लेकिन एक जलीय घोल में धात्विक सोडियम का निर्माण असंभव हो जाता है। आखिरकार, हम जानते हैं कि क्षार धातुओं का प्रतिनिधि सोडियम एक अत्यंत सक्रिय धातु है जो पानी के साथ बहुत हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करता है। यदि ऐसी परिस्थितियों में सोडियम का अपचयन नहीं किया जा सकता है, तो कैथोड पर क्या अपचयित होगा?

आइए पानी के अणु की संरचना को याद करें। यह एक द्विध्रुव है, अर्थात इसमें एक ऋणात्मक और एक धनात्मक ध्रुव है:

यह इस संपत्ति के कारण है कि यह कैथोड सतह और एनोड सतह दोनों को "चिपकने" में सक्षम है:

निम्नलिखित प्रक्रियाएं हो सकती हैं:

2 एच 2 ओ + 2 ई - \u003d 2 ओएच - + एच 2

2 एच 2 ओ - 4 ई - \u003d ओ 2 + 4 एच +

इस प्रकार, यह पता चला है कि यदि हम किसी इलेक्ट्रोलाइट के समाधान पर विचार करते हैं, तो हम देखेंगे कि इलेक्ट्रोलाइट के पृथक्करण के दौरान बनने वाले धनायन और आयन कैथोड पर कमी और एनोड पर ऑक्सीकरण के लिए पानी के अणुओं के साथ प्रतिस्पर्धा करते हैं।

तो कैथोड और एनोड पर क्या प्रक्रियाएँ होंगी? इलेक्ट्रोलाइट के पृथक्करण या ऑक्सीकरण/पानी के अणुओं की कमी के दौरान गठित आयनों का निर्वहन? या, शायद, ये सभी प्रक्रियाएँ एक साथ घटित होंगी?

इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार के आधार पर, इसके जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कई तरह की स्थितियाँ संभव हैं। उदाहरण के लिए, क्षार, क्षारीय पृथ्वी धातुओं, एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम के धनायनों को जलीय वातावरण में कम नहीं किया जा सकता है, क्योंकि उनकी कमी से क्रमशः क्षार, क्षारीय पृथ्वी धातु, एल्यूमीनियम या मैग्नीशियम का उत्पादन होना चाहिए। धातुएँ जो जल से अभिक्रिया करती हैं।

इस मामले में, कैथोड पर केवल पानी के अणुओं की कमी संभव है।

निम्नलिखित सिद्धांतों का पालन करते हुए किसी भी इलेक्ट्रोलाइट के समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड पर क्या प्रक्रिया होगी, यह याद रखना संभव है:

1) यदि इलेक्ट्रोलाइट में धातु का धनायन होता है, जो सामान्य परिस्थितियों में मुक्त अवस्था में पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो कैथोड पर निम्नलिखित प्रक्रिया होती है:

2 एच 2 ओ + 2 ई - \u003d 2 ओएच - + एच 2

यह उन धातुओं पर लागू होता है जो अल गतिविधि श्रृंखला की शुरुआत में शामिल हैं।

2) यदि इलेक्ट्रोलाइट में एक धातु का धनायन होता है, जो अपने मुक्त रूप में पानी के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, लेकिन गैर-ऑक्सीडाइजिंग एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो दो प्रक्रियाएं एक साथ होती हैं, दोनों धातु के पिंजरों और पानी के अणुओं की कमी:

मे n+ ने = मे0

इन धातुओं में गतिविधि श्रृंखला में अल और एच के बीच शामिल हैं।

3) यदि इलेक्ट्रोलाइट में हाइड्रोजन केशन (एसिड) या मेटल केशन होते हैं जो गैर-ऑक्सीडाइजिंग एसिड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं, तो केवल इलेक्ट्रोलाइट केशन बहाल होते हैं:

2H + + 2e - \u003d H 2 - एसिड के मामले में

Me n + + ne = Me 0 - नमक के मामले में

इस बीच, एनोड पर स्थिति इस प्रकार है:

1) यदि इलेक्ट्रोलाइट में ऑक्सीजन रहित एसिड अवशेष (F - को छोड़कर) के आयन होते हैं, तो उनके ऑक्सीकरण की प्रक्रिया एनोड पर होती है, पानी के अणु ऑक्सीकृत नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए:

2Cl - - 2e \u003d Cl 2

एस 2- - 2e = एस ओ

एनोड पर फ्लोराइड आयनों का ऑक्सीकरण नहीं होता है क्योंकि फ्लोरीन जलीय घोल में नहीं बन पाता है (पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है)

2) यदि इलेक्ट्रोलाइट में हाइड्रॉक्साइड आयन (क्षार) होते हैं, तो वे पानी के अणुओं के बजाय ऑक्सीकृत होते हैं:

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

3) यदि एनोड पर इलेक्ट्रोलाइट में ऑक्सीजन युक्त एसिड अवशेष (कार्बनिक एसिड अवशेषों को छोड़कर) या फ्लोराइड आयन (F -) होता है, तो पानी के अणुओं के ऑक्सीकरण की प्रक्रिया होती है:

2 एच 2 ओ - 4 ई - \u003d ओ 2 + 4 एच +

4) एनोड पर कार्बोक्जिलिक एसिड के अम्लीय अवशेषों के मामले में, निम्नलिखित प्रक्रिया होती है:

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

आइए विभिन्न स्थितियों के लिए इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण लिखने का अभ्यास करें:

उदाहरण 1

जिंक क्लोराइड पिघल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड और एनोड पर होने वाली प्रक्रियाओं के साथ-साथ सामान्य इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण के लिए समीकरण लिखें।

समाधान

जब जिंक क्लोराइड पिघलाया जाता है, तो यह अलग हो जाता है:

ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -

इसके अलावा, इस तथ्य पर ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह जस्ता क्लोराइड पिघला हुआ है जो इलेक्ट्रोलिसिस से गुजरता है, न कि जलीय घोल। दूसरे शब्दों में, विकल्पों के बिना, कैथोड पर केवल जिंक केशन की कमी हो सकती है, और एनोड पर क्लोराइड आयनों का ऑक्सीकरण हो सकता है। पानी के अणु नहीं

कैथोड: Zn 2+ + 2e - = Zn 0 |∙1

एनोड: 2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1

ZnCl 2 \u003d Zn + Cl 2

उदाहरण #2

जिंक क्लोराइड के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड और एनोड पर होने वाली प्रक्रियाओं के साथ-साथ सामान्य इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण के लिए समीकरण लिखें।

चूंकि इस मामले में, एक जलीय घोल इलेक्ट्रोलिसिस के अधीन है, सैद्धांतिक रूप से, पानी के अणु इलेक्ट्रोलिसिस में भाग ले सकते हैं। चूंकि जस्ता अल और एच के बीच गतिविधि श्रृंखला में स्थित है, इसका मतलब यह है कि कैथोड पर जस्ता केशन और पानी के अणुओं की कमी होगी।

2 एच 2 ओ + 2 ई - \u003d 2 ओएच - + एच 2

Zn 2+ + 2e - = Zn 0

क्लोराइड आयन ऑक्सीजन मुक्त एसिड एचसीएल का अम्लीय अवशेष है, इसलिए, एनोड पर ऑक्सीकरण की प्रतियोगिता में, क्लोराइड आयन पानी के अणुओं पर "जीत" लेते हैं:

2Cl - - 2e - = Cl 2

इस विशेष मामले में, संपूर्ण इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण को लिखना असंभव है, क्योंकि कैथोड पर जारी हाइड्रोजन और जस्ता के बीच का अनुपात अज्ञात है।

उदाहरण #3

कॉपर नाइट्रेट के जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड और एनोड पर होने वाली प्रक्रियाओं के साथ-साथ सामान्य इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण के लिए समीकरण लिखें।

समाधान में कॉपर नाइट्रेट एक पृथक अवस्था में है:

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

कॉपर गतिविधि श्रृंखला में हाइड्रोजन के दाईं ओर है, अर्थात कैथोड पर कॉपर केशन कम हो जाएंगे:

क्यू 2+ + 2ई - = क्यू 0

नाइट्रेट आयन NO 3 - एक ऑक्सीजन युक्त एसिड अवशेष है, जिसका अर्थ है कि एनोड पर ऑक्सीकरण में, नाइट्रेट आयन पानी के अणुओं के साथ प्रतिस्पर्धा में "खो" देते हैं:

2 एच 2 ओ - 4 ई - \u003d ओ 2 + 4 एच +

इस तरह:

कैथोड: Cu 2+ + 2e - = Cu 0 |∙2

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

जोड़ के परिणामस्वरूप प्राप्त समीकरण इलेक्ट्रोलिसिस का आयनिक समीकरण है। पूर्ण आणविक इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण प्राप्त करने के लिए, आपको परिणामी आयनिक समीकरण के बाईं और दाईं ओर 4 नाइट्रेट आयनों को काउंटरों के रूप में जोड़ना होगा। तब हमें मिलेगा:

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

उदाहरण #4

पोटेशियम एसीटेट के एक जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड और एनोड पर होने वाली प्रक्रियाओं के साथ-साथ सामान्य इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण के लिए समीकरण लिखें।

समाधान:

एक जलीय घोल में पोटेशियम एसीटेट पोटेशियम केशन और एसीटेट आयनों में अलग हो जाता है:

सीएच 3 कुक \u003d सीएच 3 सीओओ - + के +

पोटेशियम एक क्षार धातु है, अर्थात। बहुत शुरुआत में वोल्टेज की इलेक्ट्रोकेमिकल श्रृंखला में है। इसका मतलब यह है कि इसके धनायन कैथोड पर डिस्चार्ज होने में सक्षम नहीं हैं। इसके बजाय, पानी के अणुओं को बहाल किया जाएगा:

2 एच 2 ओ + 2 ई - \u003d 2 ओएच - + एच 2

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एनोड पर पानी के अणुओं से ऑक्सीकरण के लिए प्रतिस्पर्धा में कार्बोक्जिलिक एसिड के एसिड अवशेष "जीत":

2CH 3 सीओओ - - 2e - \u003d सीएच 3 -सीएच 3 + 2CO 2

इस प्रकार, इलेक्ट्रॉनिक संतुलन का योग और कैथोड और एनोड पर अर्ध-प्रतिक्रियाओं के दो समीकरणों को जोड़कर, हम प्राप्त करते हैं:

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

एनोड: 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

हमने आयनिक रूप में संपूर्ण इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण प्राप्त किया है। समीकरण के बाएँ और दाएँ पक्षों में दो पोटेशियम आयनों को जोड़कर और उन्हें काउंटरों के साथ जोड़कर, हम आणविक रूप में पूर्ण इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण प्राप्त करते हैं:

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

उदाहरण #5

सल्फ्यूरिक एसिड के एक जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड और एनोड पर होने वाली प्रक्रियाओं के साथ-साथ सामान्य इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण के लिए समीकरण लिखें।

सल्फ्यूरिक एसिड हाइड्रोजन केशन और सल्फेट आयनों में अलग हो जाता है:

एच 2 एसओ 4 \u003d 2 एच + + एसओ 4 2-

कैथोड पर हाइड्रोजन केशन एच + कम हो जाएंगे, और पानी के अणु एनोड पर ऑक्सीकृत हो जाएंगे, क्योंकि सल्फेट आयन ऑक्सीजन युक्त एसिड अवशेष हैं:

कैथोड: 2Н + + 2e - = एच 2 |∙2

एनोड: 2H 2 O - 4e - = O 2 + 4H + |∙1

4 एच + + 2 एच 2 ओ \u003d 2 एच 2 + ओ 2 + 4 एच +

समीकरण के बाएँ और दाएँ और बाएँ पक्षों में हाइड्रोजन आयनों को कम करके, हम सल्फ्यूरिक एसिड के एक जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए समीकरण प्राप्त करते हैं:

2 एच 2 ओ \u003d 2 एच 2 + ओ 2

जैसा कि देखा जा सकता है, सल्फ्यूरिक एसिड के एक जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस पानी के इलेक्ट्रोलिसिस में कम हो जाता है।

उदाहरण #6

सोडियम हाइड्रॉक्साइड के एक जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड और एनोड पर होने वाली प्रक्रियाओं के साथ-साथ सामान्य इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण के लिए समीकरण लिखें।

सोडियम हाइड्रोक्साइड का पृथक्करण:

नाओएच = ना + + ओह -

कैथोड पर केवल पानी के अणु कम हो जाएंगे, क्योंकि सोडियम एक अत्यधिक सक्रिय धातु है, और एनोड पर केवल हाइड्रॉक्साइड आयन हैं:

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

एनोड: 4OH − − 4e − = O 2 + 2H 2 O |∙1

4 एच 2 ओ + 4 ओएच - \u003d 4 ओएच - + 2 एच 2 + ओ 2 + 2 एच 2 ओ

आइए हम बाईं ओर और दाईं ओर दो पानी के अणुओं और 4 हाइड्रॉक्साइड आयनों को कम करें और इस निष्कर्ष पर आएं कि, जैसा कि सल्फ्यूरिक एसिड के मामले में, सोडियम हाइड्रॉक्साइड के एक जलीय घोल के इलेक्ट्रोलिसिस को पानी के इलेक्ट्रोलिसिस में कम किया जाता है।