Практическое применение электролиза: рафинирование, гальванопластика, гальваностегия

Тема. Электролиз.

Сущность электролиза

С процессом электролиза познакомимся на примере раствора хлорида меди (II) CuCI₂

Эта соль в растворе продиссоциирует CuCI₂ → Cu²⁺ + 2CI^-

на катион меди Cu²⁺ и анион кислотного остатка 2CI^-

При пропускании постоянного электрического тока через раствор, катионы меди Cu²⁺движутся к катоду « - » (катод), а анионы хлора 2CI^-к аноду « + » (анод)

катионы меди движутся к катоду: Cu²⁺ → « - » (катод)

анионы хлора движутся к аноду: 2CI^- → « + » (анод)

(-) Катод - отрицательный электрод с избытком электронов на его поверхности,

ионы меди Cu²⁺ присоединяют электроны с катода: Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰

(+) Анод - положительный заряженный электрод. У анода недостаток электронов,

поэтому анод втягивает в себя электроны от отрицательно заряженных ионов хлора:

2CI^- - 2ē → CI₂⁰

Следовательно, электролиз – это окислительно - восстановительный процесс

Электролиз - это окислительно-восстановительные реакции, протекающие на электродах, если через раствор или расплав электролита пропускать постоянный электрический ток

Электролиз расплавов

При расплавлении соли или щелочи, как и при растворении, распадаются на ионы

Схема электролиза расплавленного хлорида натрия: NaCI →Na⁺ + CI^-

На катоде (-) : Na⁺ + 1ē → Na⁰2

Восстанавливаются ионы натрия в нейтральные атомы, то есть образуется металлический натрий.

На аноде (+) : 2CI^- - 2ē → CI₂⁰1

Окисляются хлорид - ионы в нейтральную молекулу хлора.

Уравнение реакции процесса электролиза хлорида натрия NaCI:

_{электролиз}

2NaCI → 2 Na⁰+ CI₂⁰↑

Электролиз водных растворов

При электролизе водных растворов в реакции могут участвовать ионы водорода и гидроксид - ионы, которые образуются в результате диссоциации воды: H₂O ↔ Н⁺ + ОН^-

В результате этого у катода накапливаются катионы электролита и ионы Н⁺,

а у анода - анионы электролита и ионы ОН^-.

Какие же ионы будут восстанавливаться на катоде и окисляться на аноде?

Процессы, происходящие на катоде:

1. Катионы металлов, имеющих малый стандартный электродный потенциал

(Li⁺ K⁺ Ca²⁺ Na⁺ Mg²⁺ AI³⁺включительно), не восстанавливаются на катоде, а вместо них восстанавливаются молекулы воды. На катоде выделяется водород из воды

2. Катионы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов от марганца до водорода

(Mn²⁺ Zn² Cr³⁺ Fe²⁺ Ni²⁺ Sn²⁺ Pb²⁺ H⁺), при электролизе растворов восстанавливаются одновременно с молекулами воды

3. Катионы металлов, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов после водорода

(Cu²⁺ Hg²⁺ Ag⁺), практически полностью восстанавливаются на катоде

Процессы, происходящие на аноде:

Характер реакций, протекающих на аноде, зависит как от присутствия воды, так и от вещества, из которого сделан анод. Аноды подразделяются на нерастворимые в воде (изготавливаются из угля, графита, платины, иридия) и растворимые в воде (из меди, серебра, цинка, никеля и других металлов).

На нерастворимом аноде в процессе электролиза следует руководствоваться

Рядом разряженности на аноде

1. Анионы бескислородых кислот и их солей (F^- CI^- Br^-I^- S^2- CN^- и т.п.) удерживают электроны слабее иона ОН^- воды, поэтому при электролизе водных растворов солей бескислородных кислот окисляются анионы бескислородных кислот.

2. Анионы кислородсодержащих кислот (NO₃^- SO₃^2- SO₄^2- CO₃^2- PO₄^3-) удерживают свои электроны более прочно, чем ионы ОН^-, поэтому при электролизе водных растворов солей кислородсодержащих кислот окисляется молекула воды, а анионы соли остаются без изменения.

Применение электролиза

Электролиз применяется при получении активных металлов (K Na Ca Mg AI), некоторых активных неметаллов (CI₂ F₂), а также сложных веществ (NaOH KOH KCIO₃). Электролизом пользуются для покрытия металлических предметов никелем, хромом, цинком, оловом, золотом и т.д.

1. Защита металлических изделий от коррозии электролизом получила название гальваностегией. Защищая от коррозии, гальванические покрытия придают предметам красивый декоративный вид.

2. Другая отрасль электрохимии названа гальванопластикой - это получение точных металлических копий с различных предметов. Эта отрасль открыта русским ученым Б.С. Якоби (1838).

3. Получение химически активных металлов: щелочных, щелочноземельных, алюминия, лантаноидов и др., а также для очистки некоторых металлов от примесей.

Практическое применение электролиза: рафинирование, гальванопластика, гальваностегия

Электрохимические процессы широко применяются в различных областяхсовременной техники и технологии. С использованием элект-ролиза в промышленных масштабах получают хлор и фтор, щело- чи, хлораты и перхлораты, химически чистые водород и кислород и т.д.

В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд. Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, бериллий и другие металлы. Для очистки металлов используютэлектрохимическое рафинирование.Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов в электролизер. При пропускании тока металл, подлежащий очистке, подвергается анодному растворению, т.е. переходит в раствор в виде катионов. Затем эти катионы металла разряжаются на катоде, благодаря чему образуется осадок чистого металла. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми (выпадают в виде анодного шлама), либо переходят в раствор электролита и удаляются.

Гальванотехника – область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Особо необходимо отметить значение гальванических покрытий в высоких технологиях (HiTec) таких, как микроструктурная техника, электроника и другие. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику.

Гальваностегия(от греч. покрывать) – это электроосаждение на поверхность металла другого металла, который прочно связывается с покрываемым металлом (или специально обработанным неметаллическим предметом), служащим катодом электролизера. Покрытие изделий цинком, кадмием, никелем, хромом, золотом и другими металлами придает изделиям не только красивый внешний вид, но и предохраняет металл от коррозионного разрушения.

Гальванопластика – получение путем электролиза точных, легко отделяемых металлических копий (матриц) с различных как неметаллических, так и металлических рельефных предметов. С помощью гальванопластики изготовляют бюсты, статуи и т. д.

Кроме того, с помощью электролиза:

получают защитные и декоративные оксидные пленки на поверхности металлов (анодирование),·

осуществляют электрохимическую размерную обработку металла (электрохимическое фрезерование),·

проводят обработку поверхности металлического изделия (электрохимическое полирование),·

осуществляют электрохимическое окрашивание металлов, проводят электрохимическую заточку режущих инструментов (например, хирургических ножей, бритв и т. д.),·

наносят металлические покрытия на изношенные металлические покрытия для ремонтных целей,·

наносят эмалевые покрытия порошково-электростатическим методом.·

Дата добавления: 2022-11-11; просмотров: 272; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!