Hydrochloric acid electrolysis equation. Electrolysis
Solusyon electrolysis
at mga tinunaw na asin (2 oras)
Mga klase ng elective course na "Electrochemistry"
Mga layunin ng unang aralin:
Unang lesson plan
1. Pag-uulit ng mga pinag-aralan na pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal.
2. Paliwanag ng bagong materyal.
3. Paglutas ng mga problema mula sa aklat-aralin ni G.E. Rudzitis, F.G. Feldman "Chemistry-9" (M .: Education, 2002), p. 120, no. 1, 2.
4. Sinusuri ang asimilasyon ng kaalaman sa mga gawain sa pagsubok.
5. Ulat sa aplikasyon ng electrolysis.
Mga layunin ng unang aralin: upang turuan kung paano magsulat ng mga scheme para sa electrolysis ng mga solusyon at tinunaw na mga asing-gamot at ilapat ang kaalaman na nakuha upang malutas ang mga problema sa pagkalkula; ipagpatuloy ang pagbuo ng mga kasanayan sa pagtatrabaho sa isang aklat-aralin, mga materyales sa pagsubok; talakayin ang aplikasyon ng electrolysis sa pambansang ekonomiya.
PAG-UNLAD NG UNANG ARALIN
Pag-uulit ng mga natutunang pamamaraan pagkuha ng mga metal sa halimbawa ng pagkuha ng tanso mula sa copper(II) oxide.
Pagtatala ng mga equation ng kaukulang mga reaksyon:
Ang isa pang paraan upang makakuha ng mga metal mula sa mga solusyon at pagkatunaw ng kanilang mga asing-gamot ay electrochemical, o electrolysis.
Ang electrolysis ay isang proseso ng redox na nangyayari sa mga electrodes kapag ang isang electric current ay dumaan sa isang natutunaw o electrolyte na solusyon..
Electrolysis ng sodium chloride melt:
NaCl Na + + Cl – ;
katod (–) (Na +): Na + + e= Na 0 ,
anode (–) (Cl –): Cl – – e\u003d Cl 0, 2Cl 0 \u003d Cl 2;
2NaCl \u003d 2Na + Cl 2.
Electrolysis ng sodium chloride solution:
NaCl Na + + Cl – ,
H 2 O H + + OH -;
katod (–) (Na +; H +): H + + e= H 0 , 2H 0 = H 2
(2H 2 O + 2 e\u003d H 2 + 2OH -),
anode (+) (Cl - ; OH -): Cl - - e\u003d Cl 0, 2Cl 0 \u003d Cl 2;
2NaCl + 2H 2 O \u003d 2NaOH + Cl 2 + H 2.
Electrolysis ng copper(II) nitrate solution:
Cu(NO 3) 2 Cu 2+ +
H 2 O H + + OH -;
cathode (–) (Cu 2+; H +): Cu 2+ + 2 e= Cu 0 ,
anode (+) (OH -): OH - - e=OH0,
4H 0 \u003d O 2 + 2H 2 O;
2Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O \u003d 2Cu + O 2 + 4HNO 3.
Ang tatlong halimbawang ito ay nagpapakita kung bakit mas kumikita ang magsagawa ng electrolysis kaysa magsagawa ng iba pang paraan ng pagkuha ng mga metal: ang mga metal, hydroxides, acids, mga gas ay nakuha.
Isinulat namin ang mga scheme ng electrolysis, at ngayon ay susubukan naming isulat ang mga equation ng electrolysis kaagad, nang hindi tinutukoy ang mga scheme, ngunit ginagamit lamang ang scale ng aktibidad ng ion:
Mga halimbawa ng electrolysis equation:
2HgSO 4 + 2H 2 O \u003d 2Hg + O 2 + 2H 2 SO 4;
Na 2 SO 4 + 2H 2 O \u003d Na 2 SO 4 + 2H 2 + O 2;
2LiCl + 2H 2 O \u003d 2LiOH + H 2 + Cl 2.
Pagtugon sa suliranin mula sa aklat-aralin nina G.E. Rudzitis at F.G. Feldman (ika-9 na baitang, p. 120, No. 1, 2).
Gawain 1. Sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon ng tanso (II) klorido, ang masa ng katod ay tumaas ng 8 g. Anong gas ang pinakawalan, ano ang masa nito?
Solusyon
CuCl 2 + H 2 O \u003d Cu + Cl 2 + H 2 O,
(Cu) \u003d 8/64 \u003d 0.125 mol,
(Cu) \u003d (Сl 2) \u003d 0.125 mol,
m(Cl 2) \u003d 0.125 71 \u003d 8.875 g.
Sagot. Ang gas ay chlorine na may mass na 8.875 g.
Gawain 2. Sa panahon ng electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng silver nitrate, 5.6 litro ng gas ang pinakawalan. Ilang gramo ng metal ang nadeposito sa katod?
Solusyon
4AgNO 3 + 2H 2 O \u003d 4Ag + O 2 + 4HNO 3,
(O 2) \u003d 5.6 / 22.4 \u003d 0.25 mol,
(Ag) \u003d 4 (O 2) \u003d 4 25 \u003d 1 mol,
m(Ag) \u003d 1 107 \u003d 107 g.
Sagot. 107 g ng pilak.
Pagsubok
Opsyon 1
1. Sa panahon ng electrolysis ng potassium hydroxide solution sa cathode, ang mga sumusunod ay inilabas:
a) hydrogen; b) oxygen; c) potasa.
2. Sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon ng tanso(II) sulfate sa solusyon, ang mga sumusunod ay nabuo:
a) tanso(II) haydroksayd;
b) sulpuriko acid;
3. Sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon ng barium chloride sa anode, ang mga sumusunod ay inilabas:
a) hydrogen; b) murang luntian; c) oxygen.
4. Sa panahon ng electrolysis ng isang aluminum chloride melt, ang mga sumusunod ay inilabas sa cathode:
a) aluminyo; b) murang luntian;
c) ang electrolysis ay imposible.
5. Ang electrolysis ng isang solusyon ng silver nitrate ay nagpapatuloy ayon sa sumusunod na pamamaraan:
a) AgNO 3 + H 2 O Ag + H 2 + HNO 3;
b) AgNO 3 + H 2 O Ag + O 2 + HNO 3;
c) AgNO 3 + H 2 O AgNO 3 + H 2 + O 2.
Opsyon 2
1. Sa panahon ng electrolysis ng sodium hydroxide solution sa anode, ang mga sumusunod ay inilabas:
a) sosa; b) oxygen; c) hydrogen.
2. Sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon ng sodium sulfide sa solusyon, ang mga sumusunod ay nabuo:
a) hydrosulphuric acid;
b) sodium hydroxide;
3. Sa panahon ng electrolysis ng isang mercury(II) chloride melt, ang mga sumusunod ay inilabas sa cathode:
a) mercury; b) murang luntian; c) ang electrolysis ay imposible.
4.
5. Ang electrolysis ng isang solusyon ng mercury(II) nitrate ay nagpapatuloy ayon sa sumusunod na pamamaraan:
a) Hg (NO 3) 2 + H 2 O Hg + H 2 + HNO 3;
b) Hg (NO 3) 2 + H 2 O Hg + O 2 + HNO 3;
c) Hg (NO 3) 2 + H 2 O Hg (NO 3) 2 + H 2 + O 2.
Opsyon 3
1. Sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon ng tanso (II) nitrate, ang mga sumusunod ay inilabas sa katod:
a) tanso; b) oxygen; c) hydrogen.
2. Sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon ng lithium bromide sa solusyon, ang mga sumusunod ay nabuo:
b) hydrobromic acid;
c) lithium hydroxide.
3. Sa panahon ng electrolysis ng isang silver chloride na natunaw, ang mga sumusunod ay inilabas sa cathode:
a) pilak; b) murang luntian; c) ang electrolysis ay imposible.
4. Sa panahon ng electrolysis ng isang aluminum chloride solution, ang aluminyo ay inilabas sa:
a) katod; b) anode; c) nananatili sa solusyon.
5. Ang electrolysis ng isang solusyon ng barium bromide ay nagpapatuloy ayon sa sumusunod na pamamaraan:
a) BaBr 2 + H 2 O Br 2 + H 2 + Ba (OH) 2;
b) BaBr 2 + H 2 O Br 2 + Ba + H 2 O;
c) BaBr 2 + H 2 O Br 2 + O 2 + Ba (OH) 2.
Opsyon 4
1. Sa panahon ng electrolysis ng isang barium hydroxide solution sa anode, ang mga sumusunod ay inilabas:
a) hydrogen; b) oxygen; c) barium.
2. Sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon ng potassium iodide sa solusyon, ang mga sumusunod ay nabuo:
a) hydroiodic acid;
b) tubig; c) potasa haydroksayd.
3. Sa panahon ng electrolysis ng isang natutunaw na lead (II) chloride, ang mga sumusunod ay inilabas sa cathode:
a) lead; b) murang luntian; c) ang electrolysis ay imposible.
4. Sa panahon ng electrolysis ng isang silver nitrate solution sa cathode, ang mga sumusunod ay inilabas:
a) pilak; b) hydrogen; c) oxygen.
5. Ang electrolysis ng sodium sulfide solution ay nagpapatuloy ayon sa sumusunod na pamamaraan:
a) Na 2 S + H 2 O S + H 2 + NaOH;
b) Na 2 S + H 2 O H 2 + O 2 + Na 2 S;
c) Na 2 S + H 2 O H 2 + Na 2 S + NaOH.
Mga sagot
| Pagpipilian | Tanong 1 | Tanong 2 | Tanong 3 | Tanong 4 | Tanong 5 |
| 1 | a | b | b | a | b |
| 2 | b | b | a | a | b |
| 3 | a | sa | a | sa | a |
| 4 | b | sa | a | a | a |
Ang paggamit ng electrolysis sa pambansang ekonomiya
1. Upang protektahan ang mga produktong metal mula sa kaagnasan, ang isang manipis na layer ng isa pang metal ay inilalapat sa kanilang ibabaw: chromium, pilak, ginto, nikel, atbp. Minsan, upang hindi mag-aksaya ng mga mamahaling metal, ang isang multi-layer coating ay ginawa. Halimbawa, ang mga panlabas na bahagi ng isang kotse ay unang natatakpan ng isang manipis na layer ng tanso, isang manipis na layer ng nickel ay inilapat sa tanso, at isang layer ng chromium ay inilapat dito.
Kapag nag-aaplay ng mga coatings sa metal sa pamamagitan ng electrolysis, nakuha ang mga ito kahit na sa kapal at matibay. Sa ganitong paraan, maaari mong takpan ang mga produkto ng anumang hugis. Ang sangay na ito ng inilapat na electrochemistry ay tinatawag electroplating.
2. Bilang karagdagan sa proteksyon ng kaagnasan, ang mga galvanic coatings ay nagbibigay ng magandang pandekorasyon na hitsura sa mga produkto.
3. Ang isa pang sangay ng electrochemistry, malapit sa prinsipyo sa electroplating, ay tinatawag na electroplating. Ito ang proseso ng pagkuha ng eksaktong mga kopya ng iba't ibang bagay. Upang gawin ito, ang bagay ay natatakpan ng waks at isang matrix ay nakuha. Ang lahat ng recesses ng kinopyang bagay sa matrix ay magiging bulge. Ang ibabaw ng wax matrix ay pinahiran ng isang manipis na layer ng grapayt, na ginagawa itong electrically conductive.
Ang nagresultang graphite electrode ay nahuhulog sa isang paliguan ng solusyon ng tansong sulpate. Ang anode ay tanso. Sa panahon ng electrolysis, ang tansong anode ay natutunaw, at ang tanso ay idineposito sa graphite cathode. Kaya, ang isang eksaktong kopya ng tanso ay nakuha.
Sa tulong ng electroforming, clichés para sa pag-print, mga tala ng gramopon ay ginawa, iba't ibang mga bagay ay metallized. Ang Galvanoplasty ay natuklasan ng Russian scientist na si B.S. Jacobi (1838).
Ang paggawa ng record dies ay nagsasangkot ng paglalagay ng manipis na layer ng pilak sa isang plastic record upang gawin itong electrically conductive. Pagkatapos ay inilapat ang isang electrolytic nickel coating sa plato.
Ano ang dapat gawin upang makagawa ng isang plato sa isang electrolytic bath - anode o cathode?
(Tungkol sa e t. Cathode.)
4. Ginagamit ang electrolysis upang makakuha ng maraming metal: alkali, alkaline earth, aluminum, lanthanides, atbp.
5. Upang linisin ang ilang mga metal mula sa mga impurities, ang metal na may mga impurities ay konektado sa anode. Ang metal ay natutunaw sa panahon ng proseso ng electrolysis at namuo sa metal cathode, habang ang karumihan ay nananatili sa solusyon.
6. Ang electrolysis ay malawakang ginagamit upang makakuha ng mga kumplikadong sangkap (alkalis, oxygen-containing acids), mga halogens.
Praktikal na trabaho(pangalawang aralin)
Mga layunin ng aralin. Magsagawa ng electrolysis ng tubig, ipakita ang electroplating sa pagsasanay, pagsamahin ang kaalaman na nakuha sa unang aralin.
Kagamitan.Sa mga study table: isang flat na baterya, dalawang wire na may mga terminal, dalawang graphite electrodes, isang beaker, mga test tube, isang tripod na may dalawang paa, 3% sodium sulfate solution, isang spirit lamp, mga posporo, isang tanglaw.
Sa desk ng guro: ang parehong + isang solusyon ng tansong sulpate, isang tansong susi, isang tansong tubo (isang piraso ng tanso).
Briefing ng mag-aaral
1. Ikabit ang mga wire na may mga terminal sa mga electrodes.
2. Ilagay ang mga electrodes sa isang baso upang hindi sila magkadikit.
3. Ibuhos ang electrolyte solution (sodium sulfate) sa beaker.
4. Ibuhos ang tubig sa mga test tube at, ilagay ang mga ito pabaliktad sa isang baso na may electrolyte, ilagay ang mga ito sa mga graphite electrodes nang paisa-isa, ayusin ang itaas na gilid ng test tube sa paanan ng tripod.
5. Pagkatapos mai-mount ang device, ikabit ang mga dulo ng mga wire sa baterya.
6. Pagmasdan ang ebolusyon ng mga bula ng gas: mas kaunti sa mga ito ang inilabas sa anode kaysa sa katod. Matapos ang halos lahat ng tubig sa isang test tube ay inilipat ng inilabas na gas, at sa isa pa - sa kalahati, idiskonekta ang mga wire mula sa baterya.
7. Sindihan ang spirit lamp, maingat na alisin ang test tube, kung saan ang tubig ay halos ganap na naalis, at dalhin ito sa spirit lamp - isang katangiang pop ng gas ang maririnig.
8. Magsindi ng sulo. Alisin ang pangalawang test tube, suriin gamit ang isang nagbabagang splint ng gas.
Takdang-aralin para sa mga mag-aaral
1. I-sketch ang device.
2. Sumulat ng isang equation para sa electrolysis ng tubig at ipaliwanag kung bakit kailangang magsagawa ng electrolysis sa isang solusyon ng sodium sulfate.
3. Sumulat ng mga equation ng reaksyon na sumasalamin sa paglabas ng mga gas sa mga electrodes.
Eksperimento sa pagpapakita ng guro
(maaaring isagawa ng pinakamahusay na mga mag-aaral sa klase
may angkop na kagamitan)
1. Ikonekta ang mga wire terminal sa copper tube at brass key.
2. Ibaba ang tubo at susi sa isang beaker na may copper(II) sulfate solution.
3. Ikonekta ang pangalawang dulo ng mga wire sa baterya: "minus" ng baterya sa tansong tubo, "plus" sa susi!
4. Pagmasdan ang paglabas ng tanso sa ibabaw ng susi.
5. Pagkatapos isagawa ang eksperimento, idiskonekta muna ang mga terminal mula sa baterya, pagkatapos ay alisin ang susi sa solusyon.
6. I-disassemble ang electrolysis circuit gamit ang isang natutunaw na electrode:
CuSO 4 \u003d Cu 2+ +
anode (+): Сu 0 - 2 e\u003d Cu 2+,
katod (–): Cu 2+ + 2 e= Сu 0 .
Ang pangkalahatang equation para sa electrolysis na may natutunaw na anode ay hindi maaaring isulat.
Ang electrolysis ay isinasagawa sa isang solusyon ng tanso(II) sulpate, dahil:
a) isang electrolyte solution ang kailangan para dumaloy ang electric current, tk. ang tubig ay isang mahinang electrolyte;
b) walang mga by-product ng mga reaksyon ang ilalabas, ngunit tanso lamang ang nasa cathode.
7. Upang pagsama-samahin ang nakaraan, sumulat ng isang pamamaraan para sa electrolysis ng zinc chloride na may carbon electrodes:
ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -,
katod (–): Zn 2+ + 2 e= Zn 0 ,
2H2O+2 e\u003d H 2 + 2OH -,
anode (+): 2Cl – – 2 e=Cl2.
Ang pangkalahatang equation ng reaksyon sa kasong ito ay hindi maaaring isulat, dahil hindi alam kung anong bahagi ng kabuuang halaga ng kuryente ang napupunta sa pagbawas ng tubig, at anong bahagi - sa pagbabawas ng mga zinc ions.
 |
Scheme ng eksperimento sa pagpapakita |
Takdang aralin
1. Sumulat ng equation para sa electrolysis ng isang solusyon na naglalaman ng pinaghalong copper(II) nitrate at silver nitrate na may inert electrodes.
2. Isulat ang equation para sa electrolysis ng sodium hydroxide solution.
3. Upang linisin ang isang tansong barya, dapat itong isabit sa isang tansong kawad na konektado sa negatibong poste ng baterya, at ibababa sa isang 2.5% NaOH na solusyon, kung saan ang graphite electrode na konektado sa positibong poste ng baterya ay dapat ding ilubog . Ipaliwanag kung paano nagiging malinis ang isang barya. ( Sagot. Ang mga hydrogen ions ay nababawasan sa katod:
2H + + 2 e\u003d H 2.
Ang hydrogen ay tumutugon sa tansong oksido sa ibabaw ng barya:
CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O.
Ang pamamaraang ito ay mas mahusay kaysa sa paglilinis ng pulbos, dahil. ang barya ay hindi nabubura.)
Kung isinasaalang-alang ang electrolysis ng mga may tubig na solusyon, dapat itong isipin na, bilang karagdagan sa mga electrolyte ions, sa anumang may tubig na solusyon mayroon ding mga ions na mga produkto ng dissociation ng tubig H + at OH -.
Sa isang electric field, ang mga hydrogen ions ay lumilipat patungo sa cathode, at ang mga OH ions ay lumilipat patungo 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 hydroxide 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 mga kamag-anak na halaga ng mga potensyal na elektrod ng kaukulang mga electrochemical system. 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. Sa pangkalahatang kaso, ang mga atomo, molekula at ion na iyon, na ang mga potensyal ay pinakamababa sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon, ay mas madaling na-oxidize sa anode, at ang mga ion, molekula, atomo na ang mga potensyal ay pinakamataas ay mas madaling nababawasan sa katod. Isaalang-alang natin ang mga prosesong cathodic na nagaganap sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga asin. Dito kinakailangan na isaalang-alang ang magnitude ng potensyal ng elektrod ng proseso ng pagbawas ng mga hydrogen ions, na nakasalalay sa konsentrasyon ng mga hydrogen ions. Alam namin ang pangkalahatang equation ng potensyal ng elektrod para sa hydrogen electrode (seksyon 2.3).
Sa kaso ng mga neutral na solusyon (pH=7), ang halaga ng potensyal ng elektrod ng proseso ng pagbabawas ng hydrogen ion ay
|
φ = –0,059 . 7 = -0.41 V. |
1) sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon sa asin na naglalaman ng mga metal cation, ang potensyal ng elektrod na kung saan ay mas positibo kaysa sa -0.41 V, ang metal ay mababawasan mula sa isang neutral na solusyon ng naturang electrolyte sa cathode. Ang ganitong mga metal ay nasa isang serye ng mga boltahe malapit sa hydrogen (nagsisimula ng humigit-kumulang mula sa lata at pagkatapos nito);
2) sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon sa asin na naglalaman ng mga metal cation, ang potensyal ng elektrod na kung saan ay mas negatibo kaysa sa -0.41 V, ang metal ay hindi mababawasan sa katod, ngunit ang hydrogen ay ilalabas. Kabilang sa mga naturang metal ang alkali, alkaline earth, magnesium, aluminum, hanggang sa humigit-kumulang titanium;
3) sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon sa asin na naglalaman ng mga metal cation, ang potensyal ng elektrod na malapit sa -0.41 V (mga metal ng gitnang bahagi ng serye - Zn, Cr, Fe, Cd, Ni), pagkatapos, depende sa konsentrasyon ng solusyon sa asin at ang mga kondisyon ng electrolysis (kasalukuyang density, temperatura, komposisyon ng solusyon), ang parehong pagbabawas ng metal at hydrogen evolution ay posible; kung minsan ay may pinagsamang paglabas ng metal at hydrogen.
Ang electrochemical release ng hydrogen mula sa acidic solution ay nangyayari dahil sa paglabas ng hydrogen ions:
2H + 2ē → 2H 0
2H 0 = H 2 .
Sa kaso ng neutral o alkaline na media, ang hydrogen evolution ay nangyayari bilang resulta ng electrochemical reduction ng tubig:
HOH + ē → H 0 + OH –
H 0 + H 0 = H 2 ,
|
pagkatapos 2HON + 2ē → H 2 + 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 karaniwang potensyal na elektrod ng mga metal.
Kung ang isang may tubig na solusyon na naglalaman ng mga cation ng iba't ibang mga metal ay sumasailalim sa electrolysis, kung gayon ang kanilang paglabas sa katod, bilang panuntunan, ay magpapatuloy sa pagkakasunud-sunod ng pagbaba ng algebraic na halaga ng potensyal ng elektrod ng metal. Halimbawa, mula sa isang halo ng mga cations Ag +, Cu 2+ at Zn 2+ na may sapat na boltahe sa mga terminal ng electrolyzer, mga silver cations (φ 0 \u003d +0.8 V), pagkatapos ay tanso (φ 0 \u003d +0.34 V ) at , sa wakas, zinc (φ 0 \u003d -0.76 V).
Ang electrochemical separation ng mga metal mula sa pinaghalong mga cation ay ginagamit sa engineering at sa quantitative analysis. Sa pangkalahatan, ang kakayahang mag-discharge (tumanggap ng mga electron) para sa mga metal ions ay tinutukoy ng posisyon ng mga metal sa isang serye ng mga karaniwang potensyal ng elektrod. Ang higit pa sa kaliwa ang metal ay nasa serye ng mga boltahe, mas malaki ang negatibong potensyal nito o hindi gaanong positibong potensyal, mas mahirap para sa mga ion nito na ilabas. Kaya, mula sa mga metal na ion sa isang serye ng mga boltahe, ang mga trivalent na gintong ion ay pinakamadaling na-discharge (sa pinakamababang boltahe ng electric current), pagkatapos ay mga silver ions, atbp. Ang pinakamahirap (sa pinakamataas na boltahe ng electric current) ay ang paglabas ng mga potassium ions. Ngunit ang halaga ng potensyal ng isang metal, gaya ng nalalaman, ay nag-iiba depende sa konsentrasyon ng mga ions nito sa solusyon; sa parehong paraan, ang kadalian ng paglabas ng mga ions ng bawat metal ay nag-iiba depende sa kanilang konsentrasyon: ang pagtaas ng konsentrasyon ay nagpapadali sa paglabas ng mga ions, ang pagbaba ay nagpapahirap. Samakatuwid, sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon na naglalaman ng mga ions ng ilang mga metal, maaaring ang paglabas ng isang mas aktibong metal ay magaganap nang mas maaga kaysa sa pagpapalabas ng isang hindi gaanong aktibo (kung ang konsentrasyon ng unang metal ion ay makabuluhan, at ang ang pangalawa ay napakababa).
Isaalang-alang natin ang mga anodic na proseso na nagaganap sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga asin. Ang likas na katangian ng mga reaksyon na nagaganap sa anode ay nakasalalay kapwa sa pagkakaroon ng mga molekula ng tubig at sa sangkap kung saan ginawa ang anode. Dapat itong isipin na ang anode na materyal ay maaaring mag-oxidize sa panahon ng electrolysis. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang isang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng electrolysis na may isang inert (hindi matutunaw) anode at electrolysis na may isang aktibong (natutunaw) anode. Ang mga hindi matutunaw na anode ay ginawa mula sa karbon, grapayt, platinum, iridium; natutunaw na anodes - mula sa tanso, pilak, sink, cadmium, nikel at iba pang mga metal. Sa isang hindi matutunaw na anode sa panahon ng electrolysis, ang mga anion o mga molekula ng tubig ay na-oxidized. Sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga acid na walang oxygen na HI, HBr, HCl, H 2 S at ang kanilang mga asing-gamot (maliban sa HF at fluoride), ang mga anion ay pinalabas sa anode at ang kaukulang halogen ay inilabas. 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 – – 2ē →Cl 2 (φ 0 = +1.36 V)
2 H 2 O– 4ē →O 2 + 4 H + (φ 0 = +1.23 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 panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga asing-gamot na naglalaman ng mga anion SO 4 2-, SO 3 2-, NO 3 -, PO 4 3-, atbp., pati na rin ang hydrogen fluoride at fluoride, nangyayari ang electrochemical oxidation ng tubig. Depende sa pH ng solusyon, ang prosesong ito ay nagpapatuloy nang iba at maaaring isulat sa iba't ibang mga equation. Sa isang alkaline medium, ang equation ay may anyo
4OH – – 4ē → 2H 2 O+O 2 , (pH > 7)
at sa acidic o neutral na media mayroon tayo
HOH– 2ē →O 0 + 2 H + (pH ≤ 7)
2 O 0 = O 2 ,
|
pagkatapos 2H 2 О – 4ē → 4Н + + 2O 2 . |
Sa mga kaso na isinasaalang-alang, ang electrochemical oxidation ng tubig ay ang pinaka-energetically kanais-nais na proseso. Ang oksihenasyon ng mga anion na naglalaman ng oxygen ay nangyayari sa napakataas na potensyal. Halimbawa, ang karaniwang potensyal na oksihenasyon ng SO 4 2- ion - 2ē → S 2 O 8 2- ay 2.01 V, na makabuluhang lumampas sa karaniwang potensyal na oksihenasyon ng tubig na 1.228 V.
2H 2 O - 4ē → O 2 + 4H + (φ 0 = 1.228 V).
Ang karaniwang ion oxidation potential F - ay mas mahalaga
2F – – 2ē →F 2 (φ 0 = 2 ,87 AT).
Sa pangkalahatan, sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga asing-gamot, metal at hydrogen cations ay sabay na lumalapit sa katod ng electrolyzer, habang ang bawat isa sa kanila ay "nag-aangkin" na nabawasan dahil sa mga electron na nagmumula sa katod. Paano talaga magpapatuloy ang proseso ng pagbabawas sa katod? Ang sagot ay maaaring makuha batay sa isang bilang ng mga stress ng mga metal. Sa kasong ito, mas maliit ang algebraic value ng standard electrode potential ng metal, mas mahina ang mga electron acceptors ang kanilang mga cation at mas mahirap bawasan ang mga ito sa cathode. Sa pagsasaalang-alang na ito, tatlong grupo ng mga cation ay nakikilala ayon sa kanilang kaugnayan sa electroreduction.
1. Cations na nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na aktibidad ng pag-withdraw ng elektron (Cu 2+, Hg 2+, Ag+, Au 3+, Pt 2+, Pt 4+). Sa panahon ng electrolysis ng mga salts ng mga cation na ito, halos kumpletong pagbawas ng mga metal cations ay nangyayari; kasalukuyang output 100% o malapit dito.
2. Cations na nailalarawan sa pamamagitan ng mga average na halaga ng kakayahan sa pag-withdraw ng electron (Mn 2+, Zn 2+, Cr 3+, Fe 2+, Ni 2+, Sn 2+, Pb 2+). Sa panahon ng electrolysis sa cathode, ang mga cation ng parehong metal at mga molekula ng tubig ay sabay na nababawasan, na humahantong sa pagbaba sa kasalukuyang kahusayan ng metal.
3. Mga cation na nagpapakita ng mababang kakayahan sa pag-withdraw ng elektron (K +, Ca 2+, Mg 2+, Al 3+). Sa kasong ito, ang mga electron acceptors sa cathode ay hindi mga kasyon ng pangkat na isinasaalang-alang, ngunit mga molekula ng tubig. Sa kasong ito, ang mga kasyon mismo ay nananatiling hindi nagbabago sa may tubig na solusyon, at ang kasalukuyang kahusayan ay lumalapit sa zero.
Ang ratio ng iba't ibang mga anion sa electrooxidation sa anode
Ang mga anion ng mga acid na walang oxygen at ang kanilang mga asin (Cl ¯, Br ¯, J ¯, S 2-, CN¯, atbp.) ay humahawak sa kanilang mga electron na mas mahina kaysa sa molekula ng tubig. Samakatuwid, sa panahon ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon ng mga compound na naglalaman ng mga anion na ito, ang huli ay gaganap ng papel ng mga donor ng elektron, sila ay ma-oxidized at ilipat ang kanilang mga electron sa panlabas na circuit ng electrolytic cell.
Ang mga anion ng oxygen acids (NO 3 ¯, SO 4 2-, PO 4 3-, atbp.) ay kayang hawakan ang kanilang mga electron nang mas matatag kaysa sa mga molekula ng tubig. Sa kasong ito, ang tubig ay na-oxidized sa anode, habang ang mga anion mismo ay nananatiling hindi nagbabago.
Sa kaso ng isang natutunaw na anode, ang bilang ng mga proseso ng oxidative ay tataas sa tatlo:
1) electrochemical oxidation ng tubig na may paglabas ng oxygen; 2) anion discharge (i.e., ang oksihenasyon nito); 3) electrochemical oxidation ng anode metal (anodic dissolution ng metal).
Sa mga posibleng proseso, ang isa na masigasig na pinaka-kanais-nais ay magaganap. 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. Walang malapit na pagkakasunud-sunod na naitatag para sa paglabas ng mga anion. Sa pamamagitan ng pagbabawas ng kakayahang mag-donate ng mga electron, ang pinakakaraniwang anion ay nakaayos tulad ng sumusunod: S 2-, J ¯, Br ¯, Cl ¯, OH¯, H 2 O, SO 4 2-, NO 3 ¯, CO 3 2- , PO 4 3- .
Isaalang-alang natin ang ilang karaniwang mga kaso ng electrolysis ng mga may tubig na solusyon.
Electrolysis ng isang solusyon ng CuCl 2 na may hindi matutunaw na anode
Sa isang serye ng mga boltahe, ang tanso ay matatagpuan pagkatapos ng hydrogen, kaya ang Cu 2+ ay ilalabas sa cathode at ang metal na tanso ay ilalabas, at ang mga chloride ions ay ma-oxidized sa molekular na kloro Cl 2 sa anode.
|
Cathode (-) |
|
|
Cu 2+ + 2ē → Cu 0 |
|
|
2Cl – – 2ē → Cl 2 |
Cu 2+ + 2 Cl – → Cu 0 +Cl 2
CuCl 2 → Cu 0 +Cl 2
Kasalukuyang output ng metal (95-100%).
Electrolysis ng NaNO 3 na solusyon
Dahil ang sodium sa serye ng mga boltahe ay mas maaga kaysa sa hydrogen, ang tubig ay ilalabas sa katod. Sa anode, ilalabas din ang tubig.
|
Cathode (-) |
|
2 H 2 O+ 2ē →H 2 + 2 Oh – |
|
2H 2 O–4ē → 4H + + O 2 . |
Kaya, ang hydrogen ay inilabas sa katod at isang alkaline na kapaligiran ay nilikha, ang oxygen ay inilabas sa anode at isang acidic na kapaligiran ay nilikha malapit sa anode. Kung ang mga puwang ng anode at cathode ay hindi hiwalay sa isa't isa, kung gayon ang solusyon sa lahat ng mga bahagi nito ay mananatiling neutral sa kuryente.
|
Cathode (-) |
|
|
2 H 2 O+ 2ē →H 2 + 2 Oh – |
|
|
2H 2 O–4ē → 4H + + O 2 . |
6H 2 O → 2H 2 + 4OH – + 4H + +O 2
6H 2 O → 2H 2 +O 2 + 4H 2 O
2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
Ang kasalukuyang output ng metal ay zero.
Samakatuwid, sa panahon ng electrolysis ng NaNO 3 na solusyon, ang electrolysis ng tubig ay magaganap. Ang papel ng NaNO 3 na asin ay nabawasan sa isang pagtaas sa electrical conductivity ng solusyon.
Electrolysis ng FeSO 4 na solusyon
Mga reaksyon sa katod (-) (pagbawas):
|
a) Fe 2+ + 2ē → Fe 0 |
sabay-sabay na reaksyon |
|
b) 2 H 2 O+ 2ē →H 2 + 2 Oh – . |
Reaksyon sa anode (+) (oxidation):
2H 2 O–4ē → 4H + +O 2 .
Ang kasalukuyang output ng metal ay karaniwan.
Electrolysis ng KJ solution na may hindi matutunaw na anode
|
Cathode (-) |
|
|
2 H 2 O+ 2ē →H 2 + 2 Oh – |
|
|
2J – – 2ē → J 2 |
2 H 2 O + 2J – → H 2 + 2 Oh – + J 2 .
Ang huling equation ng reaksyon para sa electrolysis ng solusyon KJ:
2KJ+2H 2 O→H 2 + J 2 + 2KOH.
Electrolysis ng isang CuSO 4 na solusyon na may isang tanso (natutunaw) anode.
Ang karaniwang potensyal ng tanso ay +0.337 V, na mas mataas kaysa sa -0.41 V; samakatuwid, sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon ng CuSO 4 sa cathode, isang discharge ng Cu 2+ ion ay nangyayari at ang metal na tanso ay pinakawalan. Sa anode, nangyayari ang kabaligtaran na proseso - ang oksihenasyon ng metal, dahil ang potensyal ng tanso ay mas mababa kaysa sa potensyal ng oksihenasyon ng tubig (+1.228 V), at higit pa - ang potensyal ng oksihenasyon ng SO 4 2- ion ( +2.01 V). Dahil dito, sa kasong ito, ang electrolysis ay nabawasan sa paglusaw ng metal (tanso) ng anode at ang paghihiwalay nito sa katod.
Scheme ng electrolysis ng copper sulfate solution:
|
Cathode (-) |
|
Cu 2+ + 2ē → Cu 0 |
|
Cu 0 – 2ē → Cu 2+ . |
Ang prosesong ito ay ginagamit para sa electrical refining ng mga metal (tinatawag na electrolytic refining).
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, ang mga chlorine anion lamang.
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 +
Sa ganitong paraan:
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.
