Що таке електроліз?

Електроліз - це неспонтанна хімічна реакція яка включає реакцію окиснення-відновлення, яку викликає електричний струм.

Щоб відбувся електроліз, задіяний електричний струм повинен бути постійним і мати достатню напругу.

Щоб задіяні іони мали свободу в русі, який вони здійснюють, електроліз може відбуватися плавленням (магматичний електроліз) або розчиненням (електроліз у розчині).

Застосування для електролізу

Багато матеріалів та хімічні сполуки отримують в процесі електролізу, наприклад:

• алюміній і мідь
• водень і хлор в циліндрі
• біжутерія (процес цинкування)
• скороварки
• магнієве колесо (автомобільні кришки).

Закони електролізу

Закони електролізу були розроблені англійським фізиком і хіміком Майклом де Фарадеєм (1791-1867). Обидва закони регулюють кількісні аспекти електролізу.

THE перший закон електролізу має таке твердження:

“Маса елемента, що осідає в процесі електролізу, прямо пропорційна кількості електрики, яка проходить через електролізер”.

Q = i. т

Де,

Питання: електричний заряд (C)
i: інтенсивність електричного струму (А)
т: інтервал часу проходження електричного струму (с)

THE другий закон електролізу має таке твердження:

“Маси різних елементів, осідаючи під час електролізу однаковою кількістю електрики, прямо пропорційні їх хімічним еквівалентам”.

М = К. І

Де,

М: маса речовини
К: константа пропорційності
І: грамовий еквівалент речовини

Дізнайтеся більше у статті: Константа Фарадея.

Класифікація

Процес електролізу може відбуватися шляхом плавлення або розчинення:

Магматичний електроліз

Магматичний електроліз - це той, який переробляється з розплавленого електроліту, тобто шляхом Злиття.

Як приклад, давайте використаємо NaCl (хлорид натрію). Коли ми нагріваємо речовину до 808 ° C, вона плавиться і присутні іони (Na⁺ і Cl^-) починають мати більшу свободу пересування в рідкому стані.

коли електричний струм переходить в електролізер, катіони Na⁺ їх приваблює негативний полюс, який називається катодом. Вже аніони Cl^-, притягуються позитивним полюсом або анодом.

У випадку з Na⁺ відбувається реакція відновлення, тоді як у Cl^-, є реакція окислення.

Схема маглізного електролізу NaCl

Водний електроліз

При водному електролізі використовуваним іонізуючим розчинником є ​​вода. У водному розчині електроліз можна проводити з перевернутими електродами або активними (або реактивними) електродами.

Інертні електроди: вода в розчині іонізується відповідно до рівняння:

H₂O ↔ H⁺ + ОН^-

За допомогою дисоціація NaCl маємо:

NaCl → Na⁺ + Кл^-

Таким чином, катіони Н⁺ і далі⁺ можуть розряджатися на негативному полюсі, тоді як аніони ОН^- і Cl^- може розряджатися на позитивному полюсі.

Схема водного електролізу NaCl

У катіонах відбувається реакція відновлення (катодне відновлення), тоді як у аніонів реакція окислення (анодне окислення).

Отже, ми маємо реакцію електролізу:

2 NaCl + 2 H₂O → 2 дюйма⁺ + 2 ОН^- + H₂ + Кл₂

З цього можна зробити висновок, що молекули NaOH залишаються в розчині, тоді як H₂ вивільняється на негативному полюсі і Cl₂, на позитивному полюсі.

Цей процес призведе до еквівалентного рівняння:

2 NaCl + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂ + Кл₂

Активні електроди: в цьому випадку активні електроди беруть участь в електролізі, проте вони зазнають корозії.

Як приклад можна навести електроліз у водному розчині сульфату міді (CuSO₄):
CUSO₄ → Cu₂ + ОС ^2-₄
H₂O → H⁺ + ОН^-

Схема водного електролізу CuSO₄

У цьому випадку мідний анод піддається корозії:

Дупу⁰ → Cu²⁺ + 2e^-

Це пояснюється тим, що відповідно до стандартних потенціалів електродів електричний струм легше виводить електрони з Cu⁰ ніж ОС ^2-₄ або від о^-.

Тому на негативному полюсі відбувається така реакція електролізу:

2e^- + Cu²⁺ → Cu

На позитивному полюсі ми маємо реакцію електролізу:

Cu → Cu²⁺ + 2e^-

Нарешті, коли ми додаємо два рівняння електролізу, то в результаті маємо нуль.

Хочете дізнатись більше про тему? Прочитайте статті:

• Іон, Катіон та Аніон
• Хімічні реакції
• реакції окислення-відновлення

Акумулятор та електроліз

Електроліз заснований на явищі, зворотному до явища акумулятора. При електролізі процес відбувається не спонтанно, як це відбувається в батареях. Іншими словами, електроліз перетворює електричну енергію в хімічну, тоді як клітина виробляє електричну енергію з хімічної енергії.

знати більше про Електрохімія.

Вправи

1. (Ulbra-RS) Калій металевий може отримуватися магматичним електролізом хлористого калію. З цього твердження позначте правильну альтернативу.

а) Електроліз - це процес, що включає реакції окислення-відновлення та відновлення, мотивовані електричним струмом.
б) Магматичний електроліз хлористого калію відбувається при кімнатній температурі.
в) Калій знаходиться в природі у відновленому вигляді (К⁰).
г) Реакція електролізу відбувається за допомогою ультрафіолетового випромінювання.
д) У процесі електролізу хлористого калію для отримання металевого калію відбувається перенесення електронів з калію в хлор.

Див. Відповідь

Альтернатива

2. (UFRGS-RS) В катоді електролізної комірки завжди є:

а) Осадження металу.
б) Зменшення напівреакції.
в) Виробництво електричного струму.
г) Виділення газоподібного водню.
д) Хімічна корозія.

Див. Відповідь

Альтернатива b

3. (Unifor-CE) Наступні положення стосуються електролізу:

Я Реакції електролізу відбуваються із споживанням електричної енергії.
II. Водні розчини глюкози не можна електролізувати, оскільки вони не проводять електричного струму.
III. При електролізі сольових розчинів катіони металів зазнають окислення.

Можна сказати, що лише:

а) Я правий.
б) ІІ правильний.
в) III правильний.
г) I і II правильні.
д) II і III правильні.

Див. Відповідь

Альтернатива

4. (FEI-SP) Двоє студентів хімії провели електроліз BaCl₂; перший водянистий, а другий вогненний. Щодо результату, можна сказати, що отримано обидва:

а) Н₂ це₂ на анодах.
б) Н₂ і Ba на анодах.
в) Кл₂ і Ba на електродах.
г) Н₂ на катодах.
д) Кл₂ на анодах.

Див. Відповідь

Альтернатива і

5. (Вунесп) "Басейн без хімії”- це реклама, що стосується очищення води. Однак відомо, що лікування полягає у додаванні хлориду натрію у воду та його проходженні води через ємність, обладнану мідними та платиновими електродами, з'єднаними зі свинцем автомобіль.

а) На основі цієї інформації обговоріть, чи правильне рекламне повідомлення
б) Розглядаючи інертні електроди, напишіть рівняння задіяних реакцій, що виправдовують попередню відповідь.

Див. Відповідь

а) Рекламне повідомлення неправильне, оскільки відбуватиметься утворення хімічних продуктів.
б) 2 NaCl + 2H₂O → 2 NaOH + H₂ + Кл₂ (реакція, що утворює хлор, корисний при обробці води в басейні)
2 NaOH + Cl₂ → NaCl + NaClO + H₂O (реакція, яка утворює NaClO, сильний бактерицид)