Лекція 11 електроліз

Мета навчального заняття:

а) освітня: поглибити й розширити знання про електроліз, закони Фарадея.

Обладнання: таблиці, схеми.

Методи навчання: загально-логічні (метод індукції, метод порівняння), методи хімічного дослідження (метод моделювання), загально-педагогічні методи (пояснювально-ілюстративний метод).

Ключові слова та терміни: процеси окиснення, відновлення на аноді;закони електролізу; значення окисно-відновних процесів; катодний та анодний процеси.

План:

1. Основні визначення та фактори, які впливають на електроліз.

2. Процес відновлення на катоді.

3. Процес окиснення на аноді.

4. Приклади запису рівнянь електролізу водних розчинів різних сполук із різними електродами.

5. Закони електролізу.

6. Значення окисно-відновних процесів.

1. Основні визначення та фактори, які впливають на електроліз

Під час пропускання постійного електричного струму крізь розчин або розплав електроліту на електродах відбуваються окисно-відновні процеси перетворення складових електрохімічної системи на продукти її окиснення та відновлення. Тому електролізом називають сукупність процесів, які відбуваються на електродах під час проходження постійного електричного струму крізь провідник ІІ роду – розчини або розплави електролітів.

Електроліз складається з катодного та анодного процесів.

1. Катодний процес відбувається на катоді – негативно зарядженому електроді. На катоді зосереджуються електрони, які він легко віддає на відновлення частинок (катіонів або молекул) розчину або розплаву.

2. Анодний процес відбувається на аноді – позитивно зарядженому електроді. На аноді окислюються аніони або молекули розчину чи розплаву електроліту, віддаючи йому свої електрони.

Обидва процеси пов’язані між собою – скільки електронів приймають частинки на катоді під час відновлення, скільки ж електронів віддають інші частинки під час окиснення на аноді.

Електроліз проводять у спеціальних апаратах – електролізерах.

Розгляньмо електроліз розплаву натрій хлориду. У розплаві натрій хлориду йони рухаються хаотично. Під дією електричного струму їхній рух стає впорядкованим. На катоді надлишок електронів. Отже, на катоді відбуваються відновлення катіонів натрію:

Na⁺ + 1e^- → Na⁰

На аноді нестача електронів. Отже, на аноді відбувається процес окиснення аніонів хлору і виділяється хлор:

2Cl^- – 2e^- → Cl⁰

Сумарне рівняння електролізу розплаву натрій хлориду таке:

NaCl → Na + Cl₂

Натрій гідрооксид у розплаві дисоціює на катіони натрію та гідроксид-аніони. На катоді відновлюються катіони натрію. На аноді окислюються гідроксид-аніони.

На катоді: Na⁺ + e^- → Na⁰

На аноді: 4OH^- – 4e^- → 2H₂O + O⁰₂

Продукти реакції – лужний метал натрій, вода і газуватий кисень. Сумарне рівняння реакції електролізу натрій гідрооксиду:

4NaOH → 4Na + 2H₂O + O⁰₂

Фактори які впливають на електроліз:

1) Природа електрода, матеріал електрода; 2) поверхня електрода; 3) густина струму; 4) концентрація електроліту (розчин, розплав); 5) склад електроліту

Катоди: як правило інертні (вугільний, графітовий, платиновий, іридієвий), мають велику алгебраїчну величину електродного потенціалу, тому хімічно (майже) не змінюється.

Аноди: нерозчинні (вугільні, графітові); розчині (мідні, срібні, золоті, хромові, нікелеві, цинкові тощо).

Особливості електролізу розчинів з інертними електродами

Електролізу піддаються лише електроліти з рухливими йонами. Вільної рухливості йони досягають при розчиненні електроліту у воді чи переведенні електроліту в розплавлений стан. При цьому йонна кристалічна структура (решітка) електроліту руйнується. Розплав складається лише з рухливих йонів.