42)Электролиз расплавов, электролиз растворов. Электролиз с растворимым и нерастворимым анодом.Законы Фарадея.Выход по оку.Применение электролиза.
Электролиз - это окислительно-восстановительный процесс, который происходит на электродах во время прохождения электрического тока через расплав или раствор.
Электролиз-еще один способ получения чистых металлов и не металлов.Кроме того электролиз можно провести и в домашних условиях.Нужен источник тока два электрода и конечно электролит.Электролит это раствор который проводит электрический ток.
Различают электролиз растворов и электролиз расплавов. Оба эти процесса существенно отличаются друг от друга. Отличие - в наличии растворителя. При электролизе растворов кроме ионов самого вещества в процессе учавствуют ионы растворителя. При электролизе расплавов - только ионы самого вещества. Для того, чтобы получить нужный продукт (газ, металл или неметалл), нужно правильно выбрать электрод и раствор электролита. Электродами могут служить любые материалы, проводящие электрический ток. В основном применяют металлы и сплавы, из неметаллов электродами могут служить, например, графитовые стержни (или углерод). Реже в качестве электрода используют жидкости. Электрод, заряженный положительно - анод. Электрод, заряженный отрицательно - катод. При электролизе происходт окисление анода (он растворяется) и восстановление катода. Именно поэтому анод следует брать таким, чтобы его растворение не повлияло на химический процесс, протекающий в растворе или расплаве. Такой анод называют инертным электродом. В качестве инертного анода можно взять графит (углерод) или платину. В качестве катода можно взять металлическую пластину (она не будет растворяться). Подойдёт медь, латунь, углерод (или графит), цинк, железо, алюминий, нержавейка.
Электролиз расплавов:
При электролизе расплавов в процессе учавствуют только ионы вещества, которое подвергается электролизу. Например, если подвергнуть электролизу расплав поваренной соли (NaCl), то на аноде будет выделяться тот же газ - хлор, а вот на катоде вместо водорода будет восстанавливаться чистый металл - натрий (Na). Именно таком способом в промышленности получают металлический натрий и другие щелочные и щелочноземельные металлы. Таким же образом получают другие щелочные металлы (калий (K), литий (Li), кальций (Ca)), проводя ток через расплавы их солей.
Электролизом называют процессы, протекающие под действием электрического тока на электродах, погруженных в расплав или раствор электролита. При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую.
Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.
Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.
Математический вид
Законы Фарадея можно записать в виде следующей формулы:
где:
m — масса осаждённого на электроде вещества в граммах
Q — полный электрический заряд, прошедший через вещество
F = 96 485,3383(83) Кл·моль−1 — постоянная Фарадея
M — молярная масса вещества
z — валентное число ионов вещества (число электронов на один ион).
Выход по току – это выраженное в процентах отношение количества
фактически затраченного электричества (Qфакт) к теоретически необходимому(Qтеор):
Bт = (Qфакт/ Qтеор)·100%.
Электролиз растворов электролитов проводить энергетически выгоднее,чем расплавов так как электролиты –соли и щелочи – плавятся при очень высоких температурах .
Элктролиз широко используется для получения наиболее активных металлов(щелочных,щелочно-земельных,алюминия магния),некоторых активных неметаллов (фтор,хлор) и сложных веществ (гидрокида натрия и калия).