Электролиз растворов электролитов с растворимым анодом.

KatAn → Kat⁺ + An^‾

Катод: (вос-е) Анод: (ок-е)

Kat⁺; Н⁺(Н₂О) An^‾; ОН‾ (Н₂О)

Возможные процессы:

Katⁿ⁺ + nē → Kat⁰ An^n‾ - nē → An⁰

2Н⁺ + 2ē → Н₂⁰ 4ОН‾ - 4ē → О₂⁰ + 2Н₂О

Ме⁰ – nē → Meⁿ⁺

(растворимый анод)

Выводы:

1. В этом случае в качестве анода используется металл, который сам и окисляется на аноде и затем восстанавливается на катоде.

2. Находит широкое применение или для получения металлических покрытий (никелирование, хромирование и т.д.), или для очистки металла от примесей других металлов (получение электролитической меди).

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ: “ЭЛЕКТРОЛИЗ”

Задача № 1

Какие процессы происходят на электродах при электролизе раствора Na₂SO₄, рН = 7, электроды угольные.

Na₂SO₄ → 2 Na⁺ + SO₄^2‾

Катод – вос-е Анод – ок-ие

Na⁺; Н⁺(Н₂О) SO₄^2‾; ОН‾ (Н₂О)

Возможные процессы:

Na⁺ + ē → Na⁰ 2SO₄^2‾ - 2ē → S₂O₈^2-

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾ 2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

φ ^р _Na⁺_/_Na = - 2, 71 В (табл.1) φ ^р2SO₄^2-/S₂O₈^2- = + 2, 05В (табл.2)

φ ^р2Н⁺/Н₂ = - 0, 059·рН - η ^Н² φ ^рО_2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059 · рН + η ^О²

^{К(С) А(С)}

η ^Н² = 0 (табл. 4) η ^О² = 1, 17

^К(С)^А(С)

φ ^р2Н⁺/Н₂ = - 0, 059·7 – 0 = - 0, 41В φ ^рО_2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059·7+1, 17 = 1, 987В

φ ^р2Н⁺/Н₂ > φ ^р _Na⁺_/Na=> выделяется φ ^р2SO₄^2-/S₂O₈² > φ ^рО_2/ОН‾ => окисляется

только водород из воды только кислород из воды.

Около катода ионы ОН‾ - среда около анода ионы Н⁺ - среда кислая

щелочная

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾ 2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

Na₂SO₄ + 2 H₂O → H₂↑ + O₂↑ + Na₂SO₄

(K) (A)

2 H₂O → H₂↑ + O₂↑

(K) (A)

Задача № 2

Какие процессы происходят на электродах при электролизе раствора CuSO₄, рН=6 (К: С, А: Сu).

CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2‾

Катод: вос-ие Анод: ок-ие

Cu²⁺; Н⁺(Н₂О) SO₄^2‾; ОН‾ (Н₂О); Cu⁰.

Возможные процессы:

Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰ 2SO₄^2‾ - 2ē → S₂O₈^2-

2Н₂О + 2ē → Н₂⁰ + 2 ОН‾ 2Н₂О - 4ē → О₂⁰ + 4Н⁺

Cu⁰ - 2ē → Cu²⁺

φ ^р _Cu²⁺_/Cu⁰ = + 0, 34В (табл.1) φ ^р _Cu²⁺_/Cu⁰ = + 0, 34В

φ ^р2Н⁺/Н₂ = - 0, 059·рН - η ^Н² φ ^рО_2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059 · рН + η ^О²

^{К(С) А(С)}

φ ^р2SO₄^2-/S₂O₈^2- = + 2, 05В (табл.2)

η ^Н² = 0 (табл. 4) η ^О² = 1, 05

^К(С)^А(Сu)

φ ^р2Н⁺/Н₂ = - 0, 059·6 – 0 = - 0, 354В φ ^рО_2/ОН‾ = 1, 23 – 0, 059·6+1, 05 = 1, 926В

φ ^р2Н⁺/Н₂ < φ ^р _Cu²⁺_/Cu⁰=> восстанавли- φ ^р2SO₄^2-/S₂O₈² > φ ^рО_2/ОН‾ > φ ^р _Cu²⁺_/Cu⁰ =>

вается медь окисляется сам анод (медный).

Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰ Cu⁰ - 2ē → Cu²⁺

Около катода ионы Н⁺ - среда кислая около анода ионы ОН^‾ - среда щел-ная

СuSO₄ + 2 H₂O + Cu → Cu⁰ + Cu²⁺ + H₂SO₄ + 2OH‾

(К) (A)

ТЕМА 13. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ-

разрушение металла под действием агрессивной среды электролита с возникновением внутри системы электрического тока.

Механизм: на поверхности металла возникают микрогальванические пары, которые отличаются от обычного гальванического элемента тем, что они короткозамкнуты, т.е. (А) и (К) рядом. Роль проводника I рода играет сам корродируемый металл и возникает направленное движение электронов – электрический ток.

Анод Катод

(1) (А) зона: окисление (K) зона: восстановление

Oxe Red

Ме⁰ - nē ↔ Ме²⁺ окисленная + nē ↔ восстановленная

форма форма

Поляризация -освобождение и сме- Деполяризация – уничтожение,

щение электронов в ходе анодного про- связывание электронов в ходе катод-

цесса ного процесса окислителем.

Деполяризаторы – вещества, связывающие электроны

Самые распространённые: 1. катионы водорода (водородная деполяризация)

2. молекулы кислорода, растворённые в электролите

(кислородная деполяризация)

Химизм деполяризации.

Кислая среда (рН< 7) Щелочная среда (рН> 7)

Водородная деполяризация Нейтральная (рН=7)

1) 2Н⁺ + 2ē ↔ Н₂↑ 1) 2Н⁺ + 2ē ↔ Н₂↑

2 Н₂О + 2ē ↔ Н₂↑ + 2 ОН‾

Кислородная деполяризация

2) О₂ +4ē + 4Н⁺ ↔ 2Н₂О О₂ +4ē + 2Н₂О ↔ 4ОН‾

Выводы:

1. На катоде имеет место конкуренция за преимущественное связывание электронов между катионами водорода и молекулами О₂, растворенными в электролите.

2. Пойдет тот процесс, потенциал которого больше (φ ⁰_max> ).

3. Электрохимическая коррозия возможна, если потенциал любой катодной реакции больше, чем потенциал анодного процесса.

4. Катодные процессы водородной и кислородной деполяризации рассчитываются с доступом кислорода воздуха по формулам:

φ ^рн_2/2Н+ = 0, 186 – 0, 059 · рН - η ^Н²

^Ме(К)

φ ^рo₂/2oн^- = 1, 21 – 0, 059 · рН - η ^О²

^Ме(К)

РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ:

«ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ»

Возможна ли коррозия оцинкованного железа при рН = 2, с доступом кислорода воздуха.

Дано: Fe/Zn, рН = 2, с кислородом воздуха.

1. Выписываем φ ^р анодного и катодного процесса (из табл. 3) при рН=2

φ ^рFe⁰/Fe²⁺= - 0, 32В

φ ^рZn⁰/Zn²⁺= -0, 84В

2. Т.к. φ ^рZn⁰/Zn²⁺ < φ ^рFe⁰/Fe²⁺, => Zn – (A), Fe – (K).

3. Химизм: (А) окисление: Zn⁰ - 2ē ↔ Zn²⁺

(К) восстановление: 2Н⁺ + 2ē ↔ Н₂↑ (водородная деполяризация)

О₂ +4ē + 4Н⁺ ↔ 2Н₂О (кислородная деполяризация)

4. η ^Н² = 0, 34 (табл. 4)

^Fe^(К)

η ^О² = 1, 07

^Fe^(К)

Рассчитываем потенциалы катодных процессов по формуле.

φ ^р2Н⁺/Н₂ = 0, 186 - 0, 059·рН - η ^Н² = 0, 186 – 0, 059·2 – 0, 34 = - 0, 272В

^Fe^(К)

φ ^рО_{2/2 НОН} = 1, 21 – 0, 059·рН - η ^О² = 1, 21 – 0, 059·2 – 1, 07 = + 0, 022В

^Fe^(К)

6. Определяем возможность коррозии:

а) (А) – 0, 84В < (К) – 0, 272В => коррозия возможна, идёт водородная деполяризация.

(А) – 0, 84В < (К) + 0, 022В => коррозия вожможна, идёт кислородная деполяризация.

б) ЭДС₁ = - 0, 272 – (-0, 84) = + 0, 568В

ЭДС₂ = 0, 022 – (- 0, 84) = + 0, 862В >

7. Вывод: коррозия возможна, Zn будет окисляться и катионами водорода, и молекулами кислорода, растворёнными в электролите, но т.к. ЭДС₂ > ЭДС₁, идёт предпочтительнее коррозия с кислородной деполяризацией.

Раздел II. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬННОЙ РАБОТЫ

Задание № 1

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒