მარილმჟავას ელექტროლიზის განტოლება. ელექტროლიზი
ხსნარის ელექტროლიზი
და მდნარი მარილები (2 საათი)
არჩევითი კურსის გაკვეთილები "ელექტროქიმია"
პირველი გაკვეთილის მიზნები:
პირველი გაკვეთილის გეგმა
1. ლითონების მიღების შესწავლილი მეთოდების გამეორება.
2. ახალი მასალის ახსნა.
3. ამოცანების ამოხსნა სახელმძღვანელოდან G.E. Rudzitis, F.G. Feldman "ქიმია-9" (M .: განათლება, 2002), გვ. 120, No1, 2.
4. ტესტის ამოცანებზე ცოდნის ათვისების შემოწმება.
5. ანგარიში ელექტროლიზის გამოყენების შესახებ.
პირველი გაკვეთილის მიზნები:ასწავლოს ხსნარების და გამდნარი მარილების ელექტროლიზის სქემების დაწერა და მიღებული ცოდნის გამოყენება გამოთვლითი ამოცანების ამოხსნისას; გააგრძელოს სახელმძღვანელოსთან მუშაობის უნარ-ჩვევების ჩამოყალიბება, ტესტის მასალები; განიხილეთ ელექტროლიზის გამოყენება ეროვნულ ეკონომიკაში.
პირველი გაკვეთილის პროგრესი
ნასწავლი მეთოდების გამეორება ლითონების მიღებასპილენძის(II) ოქსიდიდან სპილენძის მიღების მაგალითზე.
შესაბამისი რეაქციების განტოლებების ჩაწერა:
ხსნარებიდან და მათი მარილების დნობის ლითონების მიღების კიდევ ერთი გზაა ელექტროქიმიური, ან ელექტროლიზი.
ელექტროლიზი არის რედოქს პროცესი, რომელიც ხდება ელექტროდებზე, როდესაც ელექტრული დენი გადის დნობის ან ელექტროლიტის ხსნარში..
ნატრიუმის ქლორიდის დნობის ელექტროლიზი:
NaCl Na + + Cl – ;
კათოდი (–) (Na +): Na + + ე= Na 0,
ანოდი (–) (Cl –): Cl – – ე\u003d Cl 0, 2Cl 0 \u003d Cl 2;
2NaCl \u003d 2Na + Cl 2.
ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზი:
NaCl Na + + Cl –,
H 2 O H + + OH -;
კათოდი (–) (Na +; H +): H + + ე= H 0, 2H 0 = H 2
(2H 2 O + 2 ე\u003d H 2 + 2OH -),
ანოდი (+) (Cl - ; OH -): Cl - - ე\u003d Cl 0, 2Cl 0 \u003d Cl 2;
2NaCl + 2H 2 O \u003d 2NaOH + Cl 2 + H 2.
სპილენძის(II) ნიტრატის ხსნარის ელექტროლიზი:
Cu(NO 3) 2 Cu 2+ +
H 2 O H + + OH -;
კათოდი (–) (Cu 2+; H +): Cu 2+ + 2 ე= Cu 0,
ანოდი (+) (OH -): OH - - ე=OH0,
4H 0 \u003d O 2 + 2H 2 O;
2Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O \u003d 2Cu + O 2 + 4HNO 3.
ეს სამი მაგალითი გვიჩვენებს, თუ რატომ არის უფრო მომგებიანი ელექტროლიზის ჩატარება, ვიდრე ლითონების მიღების სხვა მეთოდების განხორციელება: მიიღება ლითონები, ჰიდროქსიდები, მჟავები, გაზები.
ჩვენ დავწერეთ ელექტროლიზის სქემები და ახლა შევეცდებით დავწეროთ ელექტროლიზის განტოლებები, სქემების მითითების გარეშე, მაგრამ მხოლოდ იონური აქტივობის მასშტაბის გამოყენებით:
ელექტროლიზის განტოლებების მაგალითები:
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.
Პრობლემის გადაჭრაგ.ე.რუძიტისისა და ფ.გ.ფელდმანის სახელმძღვანელოდან (მე-9 კლასი, გვ. 120, No1, 2).
დავალება 1.სპილენძის (II) ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს კათოდის მასა გაიზარდა 8 გ-ით რა აირი გამოიცა, რა მასა აქვს?
გამოსავალი
CuCl 2 + H 2 O \u003d Cu + Cl 2 + H 2 O,
(Cu) \u003d 8/64 \u003d 0.125 მოლი,
(Cu) \u003d (Сl 2) \u003d 0.125 მოლი,
მ(Cl 2) \u003d 0,125 71 \u003d 8,875 გ.
უპასუხე. გაზი არის ქლორი 8,875 გ მასით.
დავალება 2.ვერცხლის ნიტრატის წყალხსნარის ელექტროლიზის დროს გამოიყოფა 5,6 ლიტრი გაზი. რამდენი გრამი ლითონია დეპონირებული კათოდზე?
გამოსავალი
4AgNO 3 + 2H 2 O \u003d 4Ag + O 2 + 4HNO 3,
(O 2) \u003d 5.6 / 22.4 \u003d 0.25 მოლი,
(Ag) \u003d 4 (O 2) \u003d 4 25 \u003d 1 მოლი,
მ(აგ) \u003d 1 107 \u003d 107 გ.
უპასუხე. 107 გრ ვერცხლი.
ტესტირება
ვარიანტი 1
1. კათოდზე კალიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს გამოიყოფა შემდეგი:
ა) წყალბადი; ბ) ჟანგბადი; გ) კალიუმის.
2. ხსნარში სპილენძის(II) სულფატის ხსნარის ელექტროლიზის დროს წარმოიქმნება შემდეგი:
ა) სპილენძის(II) ჰიდროქსიდი;
ბ) გოგირდის მჟავა;
3. ანოდზე ბარიუმის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს გამოიყოფა შემდეგი:
ა) წყალბადი; ბ) ქლორი; გ) ჟანგბადი.
4. ალუმინის ქლორიდის დნობის ელექტროლიზის დროს კათოდში გამოიყოფა შემდეგი:
ა) ალუმინი; ბ) ქლორი;
გ) ელექტროლიზი შეუძლებელია.
5. ვერცხლის ნიტრატის ხსნარის ელექტროლიზი მიმდინარეობს შემდეგი სქემის მიხედვით:
ა) AgNO 3 + H 2 O Ag + H 2 + HNO 3;
ბ) AgNO 3 + H 2 O Ag + O 2 + HNO 3;
გ) AgNO 3 + H 2 O AgNO 3 + H 2 + O 2.
ვარიანტი 2
1. ანოდზე ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს გამოიყოფა შემდეგი:
ა) ნატრიუმი; ბ) ჟანგბადი; გ) წყალბადი.
2. ხსნარში ნატრიუმის სულფიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს წარმოიქმნება შემდეგი:
ა) გოგირდწყალბადის მჟავა;
ბ) ნატრიუმის ჰიდროქსიდი;
3. ვერცხლისწყლის(II) ქლორიდის დნობის ელექტროლიზის დროს კათოდში გამოიყოფა შემდეგი:
ა) ვერცხლისწყალი; ბ) ქლორი; გ) ელექტროლიზი შეუძლებელია.
4.
5. ვერცხლისწყლის(II) ნიტრატის ხსნარის ელექტროლიზი მიმდინარეობს შემდეგი სქემის მიხედვით:
ა) Hg (NO 3) 2 + H 2 O Hg + H 2 + HNO 3;
ბ) Hg (NO 3) 2 + H 2 O Hg + O 2 + HNO 3;
გ) Hg (NO 3) 2 + H 2 O Hg (NO 3) 2 + H 2 + O 2.
ვარიანტი 3
1. სპილენძის (II) ნიტრატის ხსნარის ელექტროლიზის დროს კათოდში გამოიყოფა შემდეგი:
ა) სპილენძი; ბ) ჟანგბადი; გ) წყალბადი.
2. ხსნარში ლითიუმის ბრომიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს წარმოიქმნება შემდეგი:
ბ) ჰიდრობრომმჟავა;
გ) ლითიუმის ჰიდროქსიდი.
3. ვერცხლის ქლორიდის დნობის ელექტროლიზის დროს კათოდში გამოიყოფა შემდეგი:
ა) ვერცხლი; ბ) ქლორი; გ) ელექტროლიზი შეუძლებელია.
4. ალუმინის ქლორიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს ალუმინი გამოიყოფა:
ა) კათოდი; ბ) ანოდი; გ) რჩება ხსნარში.
5. ბარიუმის ბრომიდის ხსნარის ელექტროლიზი მიმდინარეობს შემდეგი სქემის მიხედვით:
ა) BaBr 2 + H 2 O Br 2 + H 2 + Ba (OH) 2;
ბ) BaBr 2 + H 2 O Br 2 + Ba + H 2 O;
გ) BaBr 2 + H 2 O Br 2 + O 2 + Ba (OH) 2.
ვარიანტი 4
1. ანოდზე ბარიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს გამოიყოფა შემდეგი:
ა) წყალბადი; ბ) ჟანგბადი; გ) ბარიუმი.
2. ხსნარში კალიუმის იოდიდის ხსნარის ელექტროლიზის დროს წარმოიქმნება შემდეგი:
ა) ჰიდროიოდმჟავა;
ბ) წყალი; გ) კალიუმის ჰიდროქსიდი.
3. ტყვიის (II) ქლორიდის დნობის ელექტროლიზის დროს კათოდში გამოიყოფა შემდეგი:
ა) ტყვია; ბ) ქლორი; გ) ელექტროლიზი შეუძლებელია.
4. კათოდზე ვერცხლის ნიტრატის ხსნარის ელექტროლიზის დროს გამოიყოფა შემდეგი:
ა) ვერცხლი; ბ) წყალბადი; გ) ჟანგბადი.
5. ნატრიუმის სულფიდის ხსნარის ელექტროლიზი მიმდინარეობს შემდეგი სქემის მიხედვით:
ა) Na 2 S + H 2 O S + H 2 + NaOH;
ბ) Na 2 S + H 2 O H 2 + O 2 + Na 2 S;
გ) Na 2 S + H 2 O H 2 + Na 2 S + NaOH.
პასუხები
| ვარიანტი | კითხვა 1 | კითხვა 2 | კითხვა 3 | კითხვა 4 | კითხვა 5 |
| 1 | ა | ბ | ბ | ა | ბ |
| 2 | ბ | ბ | ა | ა | ბ |
| 3 | ა | in | ა | in | ა |
| 4 | ბ | in | ა | ა | ა |
ელექტროლიზის გამოყენება ეროვნულ ეკონომიკაში
1. ლითონის ნაწარმის კოროზიისაგან დასაცავად მათ ზედაპირზე სხვა ლითონის თხელი ფენა ედება: ქრომი, ვერცხლი, ოქრო, ნიკელი და ა.შ. ზოგჯერ, იმისათვის, რომ არ დაიხარჯოს ძვირადღირებული ლითონები, იწარმოება მრავალ ფენის საფარი. მაგალითად, მანქანის გარე ნაწილები ჯერ სპილენძის თხელი ფენით იფარება, სპილენძზე ნიკელის თხელი ფენა და მასზე ქრომის ფენა.
ელექტროლიზით ლითონზე საფარის გამოყენებისას, ისინი მიიღება თუნდაც სისქით და გამძლეობით. ამ გზით თქვენ შეგიძლიათ დაფაროთ ნებისმიერი ფორმის პროდუქცია. გამოყენებითი ელექტროქიმიის ამ დარგს ე.წ ელექტრული მოპირკეთება.
2. კოროზიისგან დაცვის გარდა, გალვანური საფარი პროდუქტებს ლამაზ დეკორატიულ იერს აძლევს.
3. ელექტროქიმიის კიდევ ერთი ფილიალი, რომელიც პრინციპში ახლოს არის ელექტრული მოპირკეთებასთან, ეწოდება ელექტრული დაფარვა. ეს არის სხვადასხვა ნივთების ზუსტი ასლების მიღების პროცესი. ამისათვის ობიექტი დაფარულია ცვილით და მიიღება მატრიცა. კოპირებული ობიექტის ყველა ჩაღრმავება მატრიცაზე იქნება ამობურცული. ცვილის მატრიცის ზედაპირი დაფარულია გრაფიტის თხელი ფენით, რაც მას ელექტროგამტარს ხდის.
შედეგად მიღებული გრაფიტის ელექტროდი ჩაეფლო სპილენძის სულფატის ხსნარის აბაზანაში. ანოდი არის სპილენძი. ელექტროლიზის დროს სპილენძის ანოდი იშლება და სპილენძი დეპონირდება გრაფიტის კათოდზე. ამრიგად, მიიღება ზუსტი სპილენძის ასლი.
ელექტროფორმირების დახმარებით კეთდება კლიშეები ბეჭდვისთვის, გრამოფონის ჩანაწერები, ხდება სხვადასხვა საგნების მეტალიზება. გალვანოპლასტიკა აღმოაჩინა რუსმა მეცნიერმა B.S. Jacobi-მ (1838 წ.).
ჩანაწერების დამზადება გულისხმობს ვერცხლის თხელი ფენის დადებას პლასტმასის ჩანაწერზე, რათა ის ელექტროგამტარი გახდეს. შემდეგ ფირფიტაზე გამოიყენება ელექტროლიტური ნიკელის საფარი.
რა უნდა გაკეთდეს ელექტროლიტურ აბაზანაში ფირფიტის დასამზადებლად - ანოდში თუ კათოდში?
(ე ტ. კათოდის შესახებ.)
4. ელექტროლიზი გამოიყენება მრავალი ლითონის მისაღებად: ტუტე, ტუტე დედამიწა, ალუმინი, ლანთანიდები და ა.შ.
5. ზოგიერთი ლითონის მინარევებისაგან გასაწმენდად, მინარევებისაგან ლითონი დაკავშირებულია ანოდთან. ლითონი იხსნება ელექტროლიზის პროცესში და ილექება ლითონის კათოდზე, ხოლო მინარევები რჩება ხსნარში.
6. ელექტროლიზი ფართოდ გამოიყენება რთული ნივთიერებების (ტუტეები, ჟანგბადის შემცველი მჟავები), ჰალოგენების მისაღებად.
Პრაქტიკული სამუშაო(მეორე გაკვეთილი)
გაკვეთილის მიზნები.ჩაატარეთ წყლის ელექტროლიზი, აჩვენეთ ელექტრული დალაგება პრაქტიკაში, გააერთიანეთ პირველ გაკვეთილზე მიღებული ცოდნა.
აღჭურვილობა.სტუდენტურ მაგიდებზე: ბრტყელი ბატარეა, ორი მავთული ტერმინალებით, ორი გრაფიტის ელექტროდი, ჭიქა, საცდელი მილები, სამფეხა ორი ფეხით, 3% ნატრიუმის სულფატის ხსნარი, სპირტიანი ნათურა, ასანთი, ჩირაღდანი.
მასწავლებლის მაგიდაზე: იგივე + სპილენძის სულფატის ხსნარი, სპილენძის გასაღები, სპილენძის მილი (სპილენძის ნაჭერი).
სტუდენტური ბრიფინგი
1. მიამაგრეთ სადენები ტერმინალებით ელექტროდებზე.
2. ელექტროდები მოათავსეთ ჭიქაში ისე, რომ არ შეეხოთ.
3. ჩაასხით ელექტროლიტური ხსნარი (ნატრიუმის სულფატი) ჭიქაში.
4. სინჯარებში ჩაასხით წყალი და ელექტროლიტით სავსე ჭიქაში თავდაყირა ჩასვით, სათითაოდ დადეთ გრაფიტის ელექტროდებზე, საცდელი მილის ზედა კიდე დაამაგრეთ სამფეხის ძირში.
5. მოწყობილობის დამონტაჟების შემდეგ, მიამაგრეთ მავთულის ბოლოები ბატარეაზე.
6. დააკვირდით გაზის ბუშტუკების ევოლუციას: ანოდზე ნაკლები მათგანი გამოიყოფა, ვიდრე კათოდზე. მას შემდეგ, რაც ერთ სინჯარაში თითქმის მთელი წყალი გადაინაცვლებს გამოთავისუფლებული აირით, ხოლო მეორეში - ნახევრად, გამორთეთ მავთულები ბატარეიდან.
7. აანთეთ სპირტიანი ნათურა, ფრთხილად ამოიღეთ საცდელი მილი, სადაც წყალი თითქმის მთლიანად არის გადაადგილებული და მიიყვანეთ სპირტის ნათურასთან - გაისმის დამახასიათებელი გაზის ხმა.
8. აანთეთ ჩირაღდანი. ამოიღეთ მეორე საცდელი მილი, შეამოწმეთ გაზის ჩამქრალი ნაჭრით.
დავალებები მოსწავლეებისთვის
1. დახაზეთ მოწყობილობა.
2. დაწერეთ წყლის ელექტროლიზის განტოლება და ახსენით, რატომ იყო საჭირო ელექტროლიზის ჩატარება ნატრიუმის სულფატის ხსნარში.
3. დაწერეთ რეაქციის განტოლებები, რომლებიც ასახავს ელექტროდებზე აირების გამოყოფას.
მასწავლებლის საჩვენებელი ექსპერიმენტი
(შეიძლება შეასრულოს კლასის საუკეთესო მოსწავლეები
შესაბამისი აღჭურვილობით)
1. შეაერთეთ მავთულის ტერმინალები სპილენძის მილსა და სპილენძის გასაღებს.
2. ჩაუშვით მილი და გასაღები ჭიქაში სპილენძის(II) სულფატის ხსნარით.
3. მავთულის მეორე ბოლოები შეაერთეთ ბატარეასთან: ბატარეის „მინუს“ სპილენძის მილს, „პლუს“ გასაღებს!
4. დააკვირდით გასაღების ზედაპირზე სპილენძის გამოშვებას.
5. ექსპერიმენტის ჩატარების შემდეგ ჯერ გამორთეთ ტერმინალები ბატარეიდან, შემდეგ ამოიღეთ გასაღები ხსნარიდან.
6. ელექტროლიზის წრედის დაშლა ხსნადი ელექტროდით:
CuSO 4 \u003d Cu 2+ +
ანოდი (+): Сu 0 - 2 ე\u003d Cu 2+,
კათოდი (–): Cu 2+ + 2 ე= Сu 0 .
ელექტროლიზის საერთო განტოლება ხსნადი ანოდით არ შეიძლება ჩაიწეროს.
ელექტროლიზი ჩატარდა სპილენძის(II) სულფატის ხსნარში, რადგან:
ა) ელექტროლიტური ხსნარი საჭიროა ელექტრული დენის გადინებისთვის, ტკ. წყალი სუსტი ელექტროლიტია;
ბ) რეაქციების ქვეპროდუქტები არ გამოიყოფა, არამედ მხოლოდ სპილენძი კათოდში.
7. წარსულის გასამყარებლად დაწერეთ თუთიის ქლორიდის ელექტროლიზის სქემა ნახშირბადის ელექტროდებით:
ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -,
კათოდი (–): Zn 2+ + 2 ე= Zn 0,
2H2O+2 ე\u003d H 2 + 2OH -,
ანოდი (+): 2Cl – – 2 ე=Cl2.
რეაქციის საერთო განტოლება ამ შემთხვევაში არ შეიძლება ჩაიწეროს, რადგან არ არის ცნობილი ელექტროენერგიის მთლიანი რაოდენობის რა ნაწილი მიდის წყლის შემცირებაზე, ხოლო რა ნაწილი - თუთიის იონების შემცირებაზე.
 |
საჩვენებელი ექსპერიმენტის სქემა |
Საშინაო დავალება
1. დაწერეთ სპილენძის(II) ნიტრატისა და ვერცხლის ნიტრატის ნარევის შემცველი ხსნარის ელექტროლიზის განტოლება ინერტული ელექტროდებით.
2. დაწერეთ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარის ელექტროლიზის განტოლება.
3. სპილენძის მონეტის გასაწმენდად ის უნდა დაკიდოთ აკუმულატორის უარყოფით პოლუსთან დაკავშირებულ სპილენძის მავთულზე და ჩავასხათ 2,5%-იან NaOH ხსნარში, სადაც ასევე უნდა ჩაიძიროს ბატარეის დადებით პოლუსთან დაკავშირებული გრაფიტის ელექტროდი. . ახსენით, როგორ ხდება მონეტა სუფთა. ( უპასუხე. წყალბადის იონები მცირდება კათოდზე:
2H + + 2 ე\u003d H 2.
წყალბადი რეაგირებს სპილენძის ოქსიდთან მონეტის ზედაპირზე:
CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O.
ეს მეთოდი უკეთესია, ვიდრე ფხვნილის გაწმენდა, რადგან. მონეტა არ არის წაშლილი.)
წყალხსნარების ელექტროლიზის განხილვისას უნდა გავითვალისწინოთ, რომ ელექტროლიტური იონების გარდა, ნებისმიერ წყალხსნარში არის ასევე იონები, რომლებიც წარმოადგენენ წყლის H + და OH - დისოციაციის პროდუქტებს.
ელექტრულ ველში წყალბადის იონები მოძრაობენ კათოდისკენ, ხოლო OH იონები ანოდისკენ. ამრიგად, როგორც ელექტროლიტური კათიონები, ასევე წყალბადის კათიონები შეიძლება განთავისუფლდეს კათოდში. ანალოგიურად, ანოდზე, ელექტროლიტური ანიონები და ჰიდროქსიდის იონები შეიძლება განთავისუფლდეს. გარდა ამისა, წყლის მოლეკულებს ასევე შეუძლიათ ელექტროქიმიური დაჟანგვა ან შემცირება.
რომელი ელექტროქიმიური პროცესები ჩატარდება ელექტროდებზე ელექტროლიზის დროს, პირველ რიგში, დამოკიდებული იქნება შესაბამისი ელექტროქიმიური სისტემების ელექტროდის პოტენციალის ფარდობით მნიშვნელობებზე. რამდენიმე შესაძლო პროცესიდან გაგრძელდება ის, რომელსაც აქვს ენერგიის მინიმალური მოხმარება. ეს ნიშნავს, რომ ელექტროქიმიური სისტემების დაჟანგული ფორმები ყველაზე მაღალი ელექტროდის პოტენციალის მქონე კათოდზე შემცირდება, ხოლო ყველაზე დაბალი ელექტროდის პოტენციალის მქონე სისტემების შემცირებული ფორმები დაჟანგდება ანოდზე. ზოგადად, ის ატომები, მოლეკულები და იონები, რომელთა პოტენციალი მოცემულ პირობებში ყველაზე დაბალია, უფრო ადვილად იჟანგება ანოდზე, ხოლო ის იონები, მოლეკულები, ატომები, რომელთა პოტენციალიც ყველაზე მაღალია, უფრო ადვილად მცირდება კათოდზე. განვიხილოთ კათოდური პროცესები, რომლებიც ხდება მარილების წყალხსნარების ელექტროლიზის დროს. აქ აუცილებელია წყალბადის იონების შემცირების პროცესის ელექტროდული პოტენციალის სიდიდის გათვალისწინება, რაც დამოკიდებულია წყალბადის იონების კონცენტრაციაზე. ჩვენ ვიცით ელექტროდის პოტენციალის ზოგადი განტოლება წყალბადის ელექტროდისთვის (ნაწილი 2.3).
ნეიტრალური ხსნარების შემთხვევაში (pH=7) წყალბადის იონების შემცირების პროცესის ელექტროდური პოტენციალის მნიშვნელობა არის
|
φ = –0,059 . 7 = -0,41 ვ. |
1) მარილის ხსნარების ელექტროლიზის დროს, რომლებიც შეიცავს ლითონის კათიონებს, რომელთა ელექტროდის პოტენციალი ბევრად უფრო დადებითია ვიდრე –0,41 ვ, ლითონი შემცირდება კათოდში ასეთი ელექტროლიტის ნეიტრალური ხსნარიდან. ასეთი ლითონები წყალბადის მახლობლად ძაბვების სერიაშია (დაახლოებით კალისგან დაწყებული და მის შემდეგ);
2) ლითონის კათიონების შემცველი მარილის ხსნარების ელექტროლიზის დროს, რომელთა ელექტროდის პოტენციალი გაცილებით უარყოფითია ვიდრე -0,41 ვ, ლითონი კათოდზე არ შემცირდება, მაგრამ წყალბადი გამოიყოფა. ასეთ ლითონებს მიეკუთვნება ტუტე, ტუტე დედამიწა, მაგნიუმი, ალუმინი, დაახლოებით ტიტანამდე;
3) მარილის ხსნარების ელექტროლიზის დროს, რომლებიც შეიცავს ლითონის კათიონებს, რომელთა ელექტროდური პოტენციალი არის -0,41 ვ-სთან ახლოს (სერიის შუა ნაწილის ლითონები - Zn, Cr, Fe, Cd, Ni), შემდეგ, კონცენტრაციის მიხედვით. მარილის ხსნარის და ელექტროლიზის პირობების (დენის სიმკვრივე, ტემპერატურა, ხსნარის შემადგენლობა), შესაძლებელია როგორც ლითონის შემცირება, ასევე წყალბადის ევოლუცია; ზოგჯერ ხდება ლითონისა და წყალბადის ერთობლივი გამოყოფა.
წყალბადის ელექტროქიმიური გათავისუფლება მჟავე ხსნარებიდან ხდება წყალბადის იონების გამონადენის გამო:
2სთ + 2ē → 2H 0
2სთ 0 = ჰ 2 .
ნეიტრალური ან ტუტე მედიის შემთხვევაში, წყალბადის ევოლუცია ხდება წყლის ელექტროქიმიური შემცირების შედეგად:
HOH + ē → H 0 + ოჰ –
ჰ 0 + H 0 = ჰ 2 ,
|
მაშინ 2HON + 2ē → H 2 + 2OH – |
ამრიგად, წყალხსნარების ელექტროლიზის დროს კათოდური პროცესის ბუნება განისაზღვრება, პირველ რიგში, შესაბამისი ლითონის პოზიციით ლითონების სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალის სერიაში.
თუ სხვადასხვა ლითონის კათიონების შემცველი წყალხსნარი ექვემდებარება ელექტროლიზს, მაშინ მათი გამოშვება კათოდში, როგორც წესი, მიმდინარეობს ლითონის ელექტროდული პოტენციალის ალგებრული მნიშვნელობის შემცირების მიზნით. მაგალითად, კატიონების Ag +, Cu 2+ და Zn 2+ ნარევიდან ელექტროლიზატორის ტერმინალებზე საკმარისი ძაბვით, ვერცხლის კათიონები (φ 0 \u003d +0.8 V), შემდეგ სპილენძი (φ 0 \u003d +0.34 V. ) და ბოლოს, თუთია (φ 0 \u003d -0,76 ვ).
ლითონების ელექტროქიმიური გამოყოფა კათიონების ნარევიდან გამოიყენება ინჟინერიაში და რაოდენობრივ ანალიზში. ზოგადად, ლითონის იონებისთვის განმუხტვის (ელექტრონების მიღების) უნარი განისაზღვრება ლითონების პოზიციით სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალების სერიაში. რაც უფრო მარცხნივ არის ლითონი ძაბვების სერიაში, რაც უფრო დიდია მისი უარყოფითი პოტენციალი ან ნაკლები დადებითი პოტენციალი, მით უფრო რთულია მისი იონების განმუხტვა. ასე რომ, ლითონის იონებიდან ძაბვის სერიაში ყველაზე ადვილად გამოიყოფა სამვალენტიანი ოქროს იონები (ელექტრული დენის ყველაზე დაბალ ძაბვაზე), შემდეგ ვერცხლის იონები და ა.შ. ყველაზე რთული (ელექტრული დენის ყველაზე მაღალი ძაბვის დროს) არის კალიუმის იონების გამონადენი. მაგრამ ლითონის პოტენციალის მნიშვნელობა, როგორც ცნობილია, იცვლება მისი იონების კონცენტრაციაზე ხსნარში; ანალოგიურად, თითოეული ლითონის იონების განმუხტვის სიმარტივე იცვლება მათი კონცენტრაციის მიხედვით: კონცენტრაციის ზრდა ხელს უწყობს იონების გამონადენს, შემცირება ართულებს. მაშასადამე, ხსნარის ელექტროლიზის დროს, რომელიც შეიცავს რამდენიმე ლითონის იონს, შესაძლოა, უფრო აქტიური ლითონის გამოყოფა მოხდეს უფრო ადრე, ვიდრე ნაკლებად აქტიური (თუ პირველი ლითონის იონის კონცენტრაცია მნიშვნელოვანია და მეორე ძალიან დაბალია).
განვიხილოთ ანოდური პროცესები, რომლებიც ხდება მარილების წყალხსნარების ელექტროლიზის დროს. ანოდზე მიმდინარე რეაქციების ბუნება დამოკიდებულია როგორც წყლის მოლეკულების არსებობაზე, ასევე იმ ნივთიერებაზე, საიდანაც ანოდი მზადდება. გასათვალისწინებელია, რომ ანოდის მასალა შეიძლება დაჟანგდეს ელექტროლიზის დროს. ამასთან დაკავშირებით, განასხვავებენ ელექტროლიზს ინერტული (უხსნადი) ანოდით და ელექტროლიზით აქტიური (ხსნადი) ანოდით. უხსნადი ანოდები მზადდება ქვანახშირის, გრაფიტის, პლატინის, ირიდიუმისგან; ხსნადი ანოდები - სპილენძის, ვერცხლის, თუთიის, კადმიუმის, ნიკელის და სხვა ლითონებისგან. ელექტროლიზის დროს უხსნად ანოდზე იჟანგება ანიონები ან წყლის მოლეკულები. უჟანგბადო მჟავების HI, HBr, HCl, H 2 S და მათი მარილების (გარდა HF-ისა და ფტორიდების) წყალხსნარების ელექტროლიზის დროს ანოდში იხსნება ანიონები და გამოიყოფა შესაბამისი ჰალოგენი. გაითვალისწინეთ, რომ HCl-ისა და მისი მარილების ელექტროლიზის დროს ქლორის გამოყოფა ეწინააღმდეგება სისტემების ურთიერთდამოკიდებულებას.
2Cl – – 2ē →კლ 2 (φ 0 = +1,36 ვ)
2 ჰ 2 ო– 4ē →ო 2 + 4 ჰ + (φ 0 = +1,23 ვ)
სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალის სერიაში. ეს ანომალია დაკავშირებულია ამ ორი ელექტროდიდან მეორე პროცესის მნიშვნელოვან გადაძაბვასთან - ანოდის მასალას აქვს ინჰიბიტორული ეფექტი ჟანგბადის ევოლუციის პროცესზე.
SO 4 2-, SO 3 2-, NO 3 -, PO 4 3- და ა.შ. ანიონების შემცველი მარილების წყალხსნარების ელექტროლიზის დროს, აგრეთვე წყალბადის ფტორს და ფტორებს, ხდება წყლის ელექტროქიმიური დაჟანგვა. ხსნარის pH-დან გამომდინარე, ეს პროცესი განსხვავებულად მიმდინარეობს და შეიძლება ჩაიწეროს სხვადასხვა განტოლებით. ტუტე გარემოში განტოლებას აქვს ფორმა
4OH – – 4ē → 2H 2 O+O 2 , (pH > 7)
ხოლო მჟავე ან ნეიტრალურ მედიაში გვაქვს
ჰოჰ– 2ē →ო 0 + 2 ჰ + (pH ≤ 7)
2 ო 0 = ო 2 ,
|
მაშინ 2სთ 2 О – 4ē → 4Н + + 2O 2 . |
განსახილველ შემთხვევებში წყლის ელექტროქიმიური დაჟანგვა ყველაზე ენერგიულად ხელსაყრელი პროცესია. ჟანგბადის შემცველი ანიონების დაჟანგვა ხდება ძალიან მაღალი პოტენციალით. მაგალითად, SO 4 2- იონის სტანდარტული დაჟანგვის პოტენციალი - 2ē → S 2 O 8 2- არის 2,01 ვ, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება სტანდარტული წყლის დაჟანგვის პოტენციალს 1,228 ვ.
2სთ 2 O - 4ē → O 2 + 4 სთ + (φ 0 = 1.228 ვ).
სტანდარტული იონის დაჟანგვის პოტენციალი F - კიდევ უფრო მნიშვნელოვანია
2F – – 2ē →ფ 2 (φ 0 = 2 ,87 AT).
ზოგადად, მარილების წყალხსნარების ელექტროლიზის დროს, ლითონისა და წყალბადის კათიონები ერთდროულად უახლოვდებიან ელექტროლიზატორის კათოდს, ხოლო თითოეული მათგანი "ამტკიცებს" შემცირებას კათოდიდან მომდინარე ელექტრონების გამო. როგორ გაგრძელდება რედუქციის პროცესი კათოდზე? პასუხის მიღება შესაძლებელია ლითონების რიგი სტრესების საფუძველზე. ამ შემთხვევაში, რაც უფრო მცირეა ლითონის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალის ალგებრული მნიშვნელობა, მით უფრო სუსტია ელექტრონების მიმღები მათი კათიონები და მით უფრო რთულია მათი შემცირება კათოდზე. ამასთან დაკავშირებით, კათიონების სამი ჯგუფი გამოიყოფა ელექტრორედუქციასთან მიმართების მიხედვით.
1. კათიონები, რომლებიც ხასიათდება ელექტრონის გამომყვანი მაღალი აქტივობით (Cu 2+, Hg 2+, Ag+, Au 3+, Pt 2+, Pt 4+). ამ კათიონების მარილების ელექტროლიზის დროს ხდება ლითონის კათიონების თითქმის სრული შემცირება; მიმდინარე გამომავალი 100% ან მასთან ახლოს.
2. კათიონები, რომლებიც ხასიათდება ელექტრონის ამოღების უნარის საშუალო მნიშვნელობებით (Mn 2+, Zn 2+, Cr 3+, Fe 2+, Ni 2+, Sn 2+, Pb 2+). კათოდში ელექტროლიზის დროს, როგორც ლითონის, ასევე წყლის მოლეკულების კათიონები ერთდროულად მცირდება, რაც იწვევს ლითონის დენის ეფექტურობის შემცირებას.
3. კათიონები, რომლებიც ავლენენ ელექტრონის ამოღების დაბალ უნარს (K +, Ca 2+, Mg 2+, Al 3+). ამ შემთხვევაში, კათოდის ელექტრონის მიმღებები არ არიან განსახილველი ჯგუფის კათიონები, არამედ წყლის მოლეკულები. ამ შემთხვევაში, თავად კათიონები უცვლელი რჩება წყალხსნარში და მიმდინარე ეფექტურობა უახლოვდება ნულს.
სხვადასხვა ანიონის თანაფარდობა ანოდზე ელექტროოქსიდაციასთან
უჟანგბადო მჟავების ანიონები და მათი მარილები (Cl ¯, Br ¯, J ¯, S 2-, CN¯ და ა.შ.) ინარჩუნებენ ელექტრონებს უფრო სუსტად ვიდრე წყლის მოლეკულა. მაშასადამე, ამ ანიონების შემცველი ნაერთების წყალხსნარების ელექტროლიზის დროს ეს უკანასკნელი შეასრულებს ელექტრონის დონორის როლს, ისინი იჟანგება და ელექტროლიტური უჯრედის გარე წრეში გადაიყვანს მათ ელექტრონებს.
ჟანგბადის მჟავების ანიონებს (NO 3 ¯, SO 4 2-, PO 4 3- და ა.შ.) შეუძლიათ თავიანთი ელექტრონების შენარჩუნება უფრო მყარად, ვიდრე წყლის მოლეკულები. ამ შემთხვევაში ანოდზე წყალი იჟანგება, თავად ანიონები კი უცვლელი რჩება.
ხსნადი ანოდის შემთხვევაში, ჟანგვითი პროცესების რაოდენობა იზრდება სამამდე:
1) წყლის ელექტროქიმიური დაჟანგვა ჟანგბადის გამოყოფით; 2) ანიონის გამონადენი (ანუ მისი დაჟანგვა); 3) ანოდური ლითონის ელექტროქიმიური დაჟანგვა (ლითონის ანოდური დაშლა).
შესაძლო პროცესებიდან მოხდება ის, რომელიც ენერგიულად ყველაზე ხელსაყრელია. თუ ანოდი ლითონი განლაგებულია სტანდარტული პოტენციალების სერიაში უფრო ადრე, ვიდრე ორივე სხვა ელექტროქიმიური სისტემა, მაშინ შეინიშნება ლითონის ანოდური დაშლა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, იქნება ჟანგბადის ევოლუცია ან ანიონის გამონადენი. არ არის დადგენილი ანიონების გამონადენის ახლო თანმიმდევრობა. ელექტრონების შეწირვის უნარის შემცირებით, ყველაზე გავრცელებული ანიონები განლაგებულია შემდეგნაირად: S 2-, J ¯, Br ¯, Cl ¯, OH¯, H 2 O, SO 4 2-, NO 3 ¯, CO 3 2- , PO 4 3- .
განვიხილოთ წყალხსნარების ელექტროლიზის რამდენიმე ტიპიური შემთხვევა.
CuCl 2 ხსნარის ელექტროლიზი უხსნადი ანოდით
ძაბვების სერიაში სპილენძი მდებარეობს წყალბადის შემდეგ, ამიტომ Cu 2+ გამოიყოფა კათოდში და გამოიყოფა მეტალის სპილენძი, ხოლო ქლორიდის იონები იჟანგება მოლეკულურ ქლორში Cl 2 ანოდში.
|
კათოდი (-) |
|
|
კუ 2+ + 2ē → Cu 0 |
|
|
2Cl – – 2ē → Cl 2 |
კუ 2+ + 2 კლ – → კუ 0 +Cl 2
CuCl 2 → კუ 0 +Cl 2
ლითონის დენის გამომავალი (95-100%).
NaNO 3 ხსნარის ელექტროლიზი
იმის გამო, რომ ნატრიუმი ძაბვის სერიაში გაცილებით ადრეა, ვიდრე წყალბადი, წყალი გამოიყოფა კათოდში. ანოდზე წყალიც დაიშვება.
|
კათოდი (-) |
|
2 ჰ 2 ო+ 2ē →ჰ 2 + 2 ოჰ – |
|
2სთ 2 O–4ē → 4H + +ო 2 . |
ამრიგად, წყალბადი გამოიყოფა კათოდზე და იქმნება ტუტე გარემო, ჟანგბადი გამოიყოფა ანოდზე და მჟავე გარემო იქმნება ანოდთან ახლოს. თუ ანოდისა და კათოდური სივრცეები ერთმანეთისგან არ არის გამოყოფილი, მაშინ ხსნარი მის ყველა ნაწილში დარჩება ელექტრონულად ნეიტრალური.
|
კათოდი (-) |
|
|
2 ჰ 2 ო+ 2ē →ჰ 2 + 2 ოჰ – |
|
|
2სთ 2 O–4ē → 4H + +ო 2 . |
6სთ 2 O → 2H 2 + 4OH – + 4 სთ + +ო 2
6სთ 2 O → 2H 2 +ო 2 + 4 სთ 2 ო
2 ჰ 2 ო → 2 ჰ 2 + ო 2
ლითონის მიმდინარე გამომავალი არის ნული.
ამრიგად, NaNO 3 ხსნარის ელექტროლიზის დროს მოხდება წყლის ელექტროლიზი. NaNO 3 მარილის როლი მცირდება ხსნარის ელექტრული გამტარობის გაზრდამდე.
FeSO 4 ხსნარის ელექტროლიზი
რეაქციები კათოდზე (-) (შემცირება):
|
ა) ფე 2+ + 2ē → Fe 0 |
ერთდროული რეაქციები |
|
ბ) 2 ჰ 2 ო+ 2ē →ჰ 2 + 2 ოჰ – . |
რეაქცია ანოდზე (+) (დაჟანგვა):
2სთ 2 O–4ē → 4H + +ო 2 .
ლითონის მიმდინარე გამომავალი საშუალოა.
KJ ხსნარის ელექტროლიზი უხსნადი ანოდით
|
კათოდი (-) |
|
|
2 ჰ 2 ო+ 2ē →ჰ 2 + 2 ოჰ – |
|
|
2ჯ – – 2ē → ჯ 2 |
2 ჰ 2 ო + 2ჯ – → ჰ 2 + 2 ოჰ – + ჯ 2 .
KJ ხსნარის ელექტროლიზის საბოლოო რეაქციის განტოლება:
2KJ+2H 2 O→H 2 + ჯ 2 + 2 KOH.
CuSO 4 ხსნარის ელექტროლიზი სპილენძის (ხსნადი) ანოდით.
სპილენძის სტანდარტული პოტენციალი არის +0,337 ვ, რაც ბევრად აღემატება -0,41 ვ-ს; ამიტომ კათოდზე CuSO 4 ხსნარის ელექტროლიზის დროს ხდება Cu 2+ იონების გამონადენი და გამოიყოფა მეტალის სპილენძი. ანოდზე ხდება საპირისპირო პროცესი - ლითონის დაჟანგვა, რადგან სპილენძის პოტენციალი გაცილებით ნაკლებია წყლის დაჟანგვის პოტენციალს (+1,228 V), და მით უმეტეს - SO 4 2- იონის დაჟანგვის პოტენციალი ( +2,01 ვ). შესაბამისად, ამ შემთხვევაში, ელექტროლიზი მცირდება ანოდის ლითონის (სპილენძის) დაშლამდე და მის გამოყოფამდე კათოდზე.
სპილენძის სულფატის ხსნარის ელექტროლიზის სქემა:
|
კათოდი (-) |
|
კუ 2+ + 2ē → Cu 0 |
|
კუ 0 – 2ē → Cu 2+ . |
ეს პროცესი გამოიყენება ლითონების ელექტრული გადამუშავებისთვის (ე.წ. ელექტროლიტური რაფინირება).
რა არის ელექტროლიზი? ამ კითხვაზე პასუხის უფრო მარტივი გაგებისთვის, წარმოვიდგინოთ პირდაპირი დენის ნებისმიერი წყარო. ყველა DC წყაროსთვის ყოველთვის შეგიძლიათ იპოვოთ დადებითი და უარყოფითი პოლუსი:
მოდით დავუკავშიროთ მას ორი ქიმიურად მდგრადი ელექტრული გამტარი ფირფიტა, რომლებსაც ელექტროდებს ვუწოდებთ. დადებით პოლუსთან დაკავშირებულ ფირფიტას ანოდი ეწოდება, ხოლო უარყოფით პოლუსს კათოდი:
ნატრიუმის ქლორიდი არის ელექტროლიტი; როდესაც ის დნება, ის იშლება ნატრიუმის კატიონებად და ქლორიდის იონებად:
NaCl \u003d Na + + Cl -
აშკარაა, რომ უარყოფითად დამუხტული ქლორის ანიონები გადავლენ დადებითად დამუხტულ ელექტროდში - ანოდში, ხოლო დადებითად დამუხტული Na + კათიონები - უარყოფითად დამუხტულ ელექტროდში - კათოდში. ამის შედეგად, როგორც Na + კათიონები, ასევე Cl - ანიონები გამოიყოფა, ანუ ისინი გახდებიან ნეიტრალური ატომები. გამონადენი ხდება Na + იონების შემთხვევაში ელექტრონების შეძენით და Cl − იონების შემთხვევაში ელექტრონების დაკარგვით. ანუ პროცესი მიმდინარეობს კათოდზე:
Na + + 1e − = Na 0,
და ანოდზე:
Cl − − 1e − = Cl
ვინაიდან თითოეულ ქლორის ატომს აქვს დაუწყვილებელი ელექტრონი, მათი ერთჯერადი არსებობა არახელსაყრელია და ქლორის ატომები გაერთიანებულია ქლორის ორი ატომის მოლეკულაში:
Сl∙ + ∙Cl \u003d Cl 2
ამრიგად, მთლიანობაში, ანოდზე მიმდინარე პროცესი უფრო სწორად არის დაწერილი შემდეგნაირად:
2Cl - - 2e - = Cl 2
ანუ გვაქვს:
კათოდი: Na + + 1e − = Na 0
ანოდი: 2Cl - - 2e - = Cl 2
მოდით შევაჯამოთ ელექტრონული ბალანსი:
Na + + 1e − = Na 0 |∙2
2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1<
დაამატეთ ორივე განტოლების მარცხენა და მარჯვენა მხარე ნახევარი რეაქციები, ვიღებთ:
2Na + + 2e − + 2Cl − − 2e − = 2Na 0 + Cl 2
ჩვენ ვამცირებთ ორ ელექტრონს ისევე, როგორც ეს ხდება ალგებრაში, ვიღებთ ელექტროლიზის იონურ განტოლებას:
2NaCl (l.) => 2Na + Cl 2
თეორიული თვალსაზრისით, ზემოთ განხილული შემთხვევა უმარტივესია, ვინაიდან ნატრიუმის ქლორიდის დნობისას დადებითად დამუხტულ იონებს შორის მხოლოდ ნატრიუმის იონები იყო, ხოლო უარყოფითს შორის მხოლოდ ქლორის ანიონები.
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არც Na + კათიონებს და არც Cl− ანიონებს არ ჰყავდათ „კონკურენტები“ კათოდისა და ანოდისთვის.
და რა მოხდება, მაგალითად, თუ ნატრიუმის ქლორიდის დნობის ნაცვლად, მის წყალხსნარში დენი გაივლის? ნატრიუმის ქლორიდის დისოციაცია ამ შემთხვევაშიც შეინიშნება, მაგრამ წყალხსნარში მეტალის ნატრიუმის წარმოქმნა შეუძლებელი ხდება. ყოველივე ამის შემდეგ, ჩვენ ვიცით, რომ ნატრიუმი, ტუტე ლითონების წარმომადგენელი, არის უკიდურესად აქტიური ლითონი, რომელიც ძალზე ძალადობრივად რეაგირებს წყალთან. თუ ასეთ პირობებში ნატრიუმის შემცირება შეუძლებელია, მაშინ რა შემცირდება კათოდზე?
გავიხსენოთ წყლის მოლეკულის სტრუქტურა. ეს არის დიპოლური, ანუ აქვს უარყოფითი და დადებითი პოლუსი:
სწორედ ამ თვისებიდან გამომდინარეობს, რომ მას შეუძლია „მოეკრას“ როგორც კათოდის, ასევე ანოდის ზედაპირს:
შეიძლება მოხდეს შემდეგი პროცესები:
2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2
2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +
ამრიგად, გამოდის, რომ თუ განვიხილავთ რაიმე ელექტროლიტის ხსნარს, დავინახავთ, რომ ელექტროლიტის დისოციაციის დროს წარმოქმნილი კათიონები და ანიონები კონკურენციას უწევენ წყლის მოლეკულებს კათოდში შემცირებისთვის და ანოდში დაჟანგვისთვის.
რა პროცესები მოხდება კათოდზე და ანოდზე? ელექტროლიტის დისოციაციის დროს წარმოქმნილი იონების გამონადენი თუ წყლის მოლეკულების დაჟანგვა/შემცირება? ან, შესაძლოა, ყველა ეს პროცესი ერთდროულად მოხდეს?
ელექტროლიტის სახეობიდან გამომდინარე, მისი წყალხსნარის ელექტროლიზის დროს შესაძლებელია სხვადასხვა სიტუაციები. მაგალითად, ტუტე, ტუტე მიწის ლითონების, ალუმინის და მაგნიუმის კათიონები უბრალოდ არ შეიძლება შემცირდეს წყლის გარემოში, რადგან მათი შემცირებით უნდა გამოეწვიათ ტუტე, ტუტე მიწის ლითონები, ალუმინი ან მაგნიუმი. ლითონები, რომლებიც რეაგირებენ წყალთან.
ამ შემთხვევაში შესაძლებელია მხოლოდ წყლის მოლეკულების შემცირება კათოდზე.
შესაძლებელია გავიხსენოთ, რა პროცესი მოხდება კათოდზე ნებისმიერი ელექტროლიტის ხსნარის ელექტროლიზის დროს, შემდეგი პრინციპების დაცვით:
1) თუ ელექტროლიტი შედგება ლითონის კატიონისგან, რომელიც თავისუფალ მდგომარეობაში ნორმალურ პირობებში რეაგირებს წყალთან, კათოდზე ხდება შემდეგი პროცესი:
2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2
ეს ეხება მეტალებს, რომლებიც არიან Al-ის აქტივობის სერიის დასაწყისში, მათ შორის.
2) თუ ელექტროლიტი შედგება ლითონის კატიონისგან, რომელიც თავისუფალ ფორმაში არ რეაგირებს წყალთან, მაგრამ რეაგირებს არაჟანგვის მჟავებთან, ერთდროულად ხდება ორი პროცესი, როგორც ლითონის კათიონების, ასევე წყლის მოლეკულების შემცირება:
Me n+ + ne = Me 0
ეს ლითონები მოიცავს Al-სა და H-ს შორის აქტივობის სერიებში.
3) თუ ელექტროლიტი შედგება წყალბადის კათიონებისგან (მჟავა) ან ლითონის კათიონებისგან, რომლებიც არ რეაგირებენ არაჟანგვის მჟავებთან, აღდგება მხოლოდ ელექტროლიტური კათიონები:
2H + + 2e - \u003d H 2 - მჟავის შემთხვევაში
Me n + + ne = Me 0 - მარილის შემთხვევაში
იმავდროულად, ანოდზე სიტუაცია ასეთია:
1) თუ ელექტროლიტი შეიცავს უჟანგბადო მჟავას ნარჩენების ანიონებს (გარდა F --ისა), მაშინ მათი დაჟანგვის პროცესი ხდება ანოდზე, წყლის მოლეკულები არ იჟანგება. Მაგალითად:
2Cl - - 2e \u003d Cl 2
S 2- − 2e = S o
ფტორის იონები არ იჟანგება ანოდზე, რადგან ფტორს არ შეუძლია წყალხსნარში წარმოქმნა (რეაგირებს წყალთან)
2) თუ ელექტროლიტი შეიცავს ჰიდროქსიდის იონებს (ტუტეებს), ისინი იჟანგება წყლის მოლეკულების ნაცვლად:
4OH - - 4e - \u003d 2H 2 O + O 2
3) თუ ელექტროლიტი შეიცავს ჟანგბადის შემცველ მჟავას ნარჩენს (გარდა ორგანული მჟავის ნარჩენებისა) ან ფტორის იონს (F -) ანოდზე, ხდება წყლის მოლეკულების დაჟანგვის პროცესი:
2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +
4) ანოდზე კარბოქსილის მჟავას მჟავე ნარჩენების შემთხვევაში ხდება შემდეგი პროცესი:
2RCOO - - 2e - \u003d R-R + 2CO 2
მოდით ვივარჯიშოთ ელექტროლიზის განტოლებების დაწერა სხვადასხვა სიტუაციებისთვის:
მაგალითი #1
დაწერეთ თუთიის ქლორიდის დნობის ელექტროლიზის დროს კათოდსა და ანოდში მიმდინარე პროცესების განტოლებები, აგრეთვე ელექტროლიზის ზოგადი განტოლება.
გამოსავალი
როდესაც თუთიის ქლორიდი დნება, ის იშლება:
ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -
გარდა ამისა, ყურადღება უნდა მიექცეს იმ ფაქტს, რომ ეს არის თუთიის ქლორიდის დნობა, რომელიც გადის ელექტროლიზს და არა წყალხსნარში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ვარიანტების გარეშე, მხოლოდ თუთიის კათიონების შემცირება შეიძლება მოხდეს კათოდზე, ხოლო ქლორიდის იონების დაჟანგვა ანოდზე. წყლის მოლეკულების გარეშე
კათოდი: Zn 2+ + 2e − = Zn 0 |∙1
ანოდი: 2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1
ZnCl 2 \u003d Zn + Cl 2
მაგალითი #2
დაწერეთ თუთიის ქლორიდის წყალხსნარის ელექტროლიზის დროს კათოდსა და ანოდში მიმდინარე პროცესების განტოლებები, აგრეთვე ელექტროლიზის ზოგადი განტოლება.
ვინაიდან ამ შემთხვევაში, წყალხსნარი ექვემდებარება ელექტროლიზს, თეორიულად, წყლის მოლეკულებს შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ ელექტროლიზში. ვინაიდან თუთია განლაგებულია აქტივობის სერიაში Al-სა და H-ს შორის, ეს ნიშნავს, რომ თუთიის კათიონების და წყლის მოლეკულების შემცირება მოხდება კათოდზე.
2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2
Zn 2+ + 2e − = Zn 0
ქლორიდის იონი არის უჟანგბადო მჟავას HCl-ის მჟავე ნარჩენი, ამიტომ, ანოდში დაჟანგვის კონკურსში, ქლორიდის იონები „იმარჯვებენ“ წყლის მოლეკულებზე:
2Cl - - 2e - = Cl 2
ამ კონკრეტულ შემთხვევაში შეუძლებელია ელექტროლიზის მთლიანი განტოლების დაწერა, რადგან კათოდში გამოთავისუფლებული წყალბადისა და თუთიის თანაფარდობა უცნობია.
მაგალითი #3
დაწერეთ სპილენძის ნიტრატის წყალხსნარის ელექტროლიზის დროს კათოდსა და ანოდში მიმდინარე პროცესების განტოლებები, აგრეთვე ელექტროლიზის ზოგადი განტოლება.
სპილენძის ნიტრატი ხსნარში არის დისოცირებულ მდგომარეობაში:
Cu(NO 3) 2 \u003d Cu 2+ + 2NO 3 -
სპილენძი არის აქტივობის სერია წყალბადის მარჯვნივ, ანუ სპილენძის კათიონები შემცირდება კათოდზე:
Cu 2+ + 2e − = Cu 0
ნიტრატის იონი NO 3 - არის ჟანგბადის შემცველი მჟავა ნარჩენი, რაც ნიშნავს, რომ ანოდში დაჟანგვისას ნიტრატის იონები „კარგავენ“ წყლის მოლეკულებთან კონკურენციაში:
2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +
Ამგვარად:
კათოდი: Cu 2+ + 2e − = Cu 0 |∙2
2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4H +
მიმატების შედეგად მიღებული განტოლება არის ელექტროლიზის იონური განტოლება. სრული მოლეკულური ელექტროლიზის განტოლების მისაღებად, თქვენ უნდა დაამატოთ 4 ნიტრატის იონი მიღებული იონური განტოლების მარცხენა და მარჯვენა მხარეს, როგორც კონტრაიონები. მაშინ მივიღებთ:
2Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4HNO 3
მაგალითი #4
დაწერეთ კალიუმის აცეტატის წყალხსნარის ელექტროლიზის დროს კათოდსა და ანოდში მიმდინარე პროცესების განტოლებები, აგრეთვე ელექტროლიზის ზოგადი განტოლება.
გამოსავალი:
კალიუმის აცეტატი წყალხსნარში იშლება კალიუმის კატიონებად და აცეტატ იოებად:
CH 3 COOK \u003d CH 3 COO − + K +
კალიუმი არის ტუტე მეტალი, ე.ი. თავიდანვე არის ძაბვების ელექტროქიმიურ სერიაში. ეს ნიშნავს, რომ მის კათიონებს არ შეუძლიათ კათოდში განთავისუფლება. ამის ნაცვლად, წყლის მოლეკულები აღდგება:
2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2
როგორც ზემოთ აღინიშნა, კარბოქსილის მჟავების მჟავა ნარჩენები "იმარჯვებენ" ანოდზე წყლის მოლეკულებისგან დაჟანგვის კონკურსში:
2CH 3 COO - - 2e - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2
ამრიგად, ელექტრონული ბალანსის შეჯამებით და კათოდისა და ანოდის ნახევარრეაქციის ორი განტოლების მიმატებით, მივიღებთ:
კათოდი: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙1
ანოდი: 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
ჩვენ მივიღეთ სრული ელექტროლიზის განტოლება იონური ფორმით. განტოლების მარცხენა და მარჯვენა მხარეს ორი კალიუმის იონების დამატებით და კონტრაიონებით მიმატებით, ვიღებთ ელექტროლიზის სრულ განტოლებას მოლეკულური ფორმით:
2H 2 O + 2CH 3 მოხარშვა \u003d 2KOH + H 2 + CH 3 -CH 3 + 2CO 2
მაგალითი #5
დაწერეთ გოგირდმჟავას წყალხსნარის ელექტროლიზის დროს კათოდსა და ანოდში მიმდინარე პროცესების განტოლებები, აგრეთვე ელექტროლიზის ზოგადი განტოლება.
გოგირდის მჟავა იშლება წყალბადის კატიონებად და სულფატ იოებად:
H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-
წყალბადის კათიონები H + შემცირდება კათოდზე, ხოლო წყლის მოლეკულები იჟანგება ანოდზე, რადგან სულფატის იონები ჟანგბადის შემცველი მჟავების ნარჩენებია:
კათოდი: 2Н + + 2e − = H 2 |∙2
ანოდი: 2H 2 O - 4e - = O 2 + 4H + |∙1
4H + + 2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 + 4H +
წყალბადის იონების შემცირებით განტოლების მარცხენა და მარჯვენა და მარცხენა მხარეს, ვიღებთ განტოლებას გოგირდმჟავას წყალხსნარის ელექტროლიზისთვის:
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2
როგორც ჩანს, გოგირდმჟავას წყალხსნარის ელექტროლიზი მცირდება წყლის ელექტროლიზამდე.
მაგალითი #6
დაწერეთ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარის ელექტროლიზის დროს კათოდსა და ანოდში მიმდინარე პროცესების განტოლებები, აგრეთვე ელექტროლიზის ზოგადი განტოლება.
ნატრიუმის ჰიდროქსიდის დისოციაცია:
NaOH = Na + + OH -
მხოლოდ წყლის მოლეკულები შემცირდება კათოდზე, რადგან ნატრიუმი არის უაღრესად აქტიური ლითონი და მხოლოდ ჰიდროქსიდის იონები ანოდზე:
კათოდი: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙2
ანოდი: 4OH − − 4e − = O 2 + 2H 2 O |∙1
4H 2 O + 4OH - \u003d 4OH - + 2H 2 + O 2 + 2H 2 O
მოდით შევამციროთ წყლის ორი მოლეკულა მარცხნივ და მარჯვნივ და 4 ჰიდროქსიდის იონი და მივიდეთ დასკვნამდე, რომ, როგორც გოგირდმჟავას შემთხვევაში, ნატრიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარის ელექტროლიზი მცირდება წყლის ელექტროლიზამდე.
