Электролиз расплава хлорида натрия.
При Т>801оС (Тпл NaCl) иона я кристаллическая решетка NaCl разрушается на ионы Na+ и Cl-. Поместим в этот расплав два химически инертных, не реагирующих с электролитом электрода (углерод, платина, иридий). Весь процесс электролиза включает следующие стадии:
- с помощью внешнего источника тока электроды присоединяем электроды к внешнему источнику постоянного тока4
- к отрицательному электроду будут перемещаться катионы Na+, а к положительному - анионы Cl-.
- на катоде под действием электрического тока будут восстанавливаться катионы, а на аноде окисляться анионы.
(-)Катодный процесс: Na+ + е ® Naо Ео = -2,71В
(+)Анодный процесс: 2Cl- -2е ® 2Clо Ео = =1,36В
Суммирую анодный и катодный процессы, получим окислительно-восстановительную реакцию, протекающую в ходе электролиза:
2Na+ + 2Cl- ® 2Naо + Cl2
Электролиз – процесс не самопроизвольный. Для того, чтобы заставить протекать окислительно-восстановительный процесс в направлении, обратном работе ГЭ, необходимо затратить энергию электрического тока – приложить напряжение - разность потенциалов). Такое минимальное напряжение, вызывающее электролиз, называется напряжением разложения (Up). Чем меньше напряжение разложения, тем легче осуществить электролиз. В случае сложного состава электролита, когда возможно протекание нескольких процессов на электродах, наиболее вероятным будет протекание электролиза с наименьшим напряжением разложения. Напряжение разложения рассчитывается как величина, противоположная по знаку э.д.с. протекающего ОВР процесса: DЕо = Е(катода) – Е(анода) = -2,71 – 1,36 = -1,35В. Следовательно напряжение разложения будет равно: - Up = DЕо = 1,35В. Для того, чтобы эта величина была по абсолютной величине меньше, нужно, чтобы потенциал катода был как можно больше, а анода – меньше. Вывод: наиболее вероятным процессом восстановления на катоде является процесс с максимальным значением электродного потенциала, а на аноде – процесс окисления с минимальным электродным потенциалом.
Рассмотрим электролиз раствора хлорида натрия с нерастворимыми инертными электродами (например, с угольными электродами).
(-) катод (в-е) (+) анод (ок-е)
Na+, Н+(Н2О) Cl-, ОН-(Н2О)
Na+ + е ® Naо Ео = -2,71В 2Cl- -2е ® 2Clо Ео =+1,36В
2Н2О + 2е ® Н2 + 2ОН- Ео = - 0,41ВН2О ® 1/2О2 + 2Н+ + 2е Ео =+0,82В
Суммируем эти процессы: 3Н2О ®Н2 + 2ОН- + 2Н+ + 1/2О2
2Н2О
Н2О (электролиз) ® 1/2О2 + Н2
Таким образом, при электролизе водного раствора хлорида натрия на катоде выделяется водород, а на аноде кислород, причем около катода электролит становиться щелочным, а около анода – кислотным. Подобно рассмотренному случаю протекает электролиз водных растворов солей щелочных и щелочно-земельных металлов и кислородсодержащих кислот: сульфатов, карбонатов, фосфатов.
Однако, при электролизе хлорида натрия можно подобрать условия, при которых на аноде будет преобладать процесс образования хлора. Для этого ведут электролиз насыщенного раствора хлорида натрия с использование анодов из платины, рутения, оксидов титана и др. Для электрохимических процессов, так же как и для химических реакций, важным является не только термодинамическая возможность осуществления процесса, но и скорость его протекания. Хотя выделения кислорода начинается раньше, чем хлора, скорость реакции 2Cl- -2е ® Cl2 заметно выше скорости окисления воды до кислорода, поэтому на аноде выделяется хлор, а не кислород. Такой процесс используется при промышленном получении хлора электролизом насыщенного раствора хлорида натрия с одновременным получением гидроксида натрия и водорода на катоде: 2Н2О + 2 NaCl (электролиз) ®Н2 + 2NaОН + Cl2.
Если в качестве материала катода пи электролизе насыщенного раствора хлорида натрия использовать ртуть, то скорость восстановления воды до водорода будет весьма мала, и на катоде будет восстанавливаться натрий в виде амальгамы, т.е. процесс будет протекать, как при электролизе расплава хлорида натрия.
(-)Катод (ртуть): Na+ + е ® Naо Ео = -2,71В
(+)Анод (оксиды титана): 2Cl- -2е ® 2Clо
2Na+ + 2Cl- ® Naо + Cl2
Самостоятельно рассмотреть электролиз: хлорид меди с инертными электродами и электролиз водного раствора Cu(NO3)2 + AgNO3 + HNO3 (вводится для того, чтобы предотвратить гидролиз и создать кислую среду). Рассмотреть процессы на электродах, их последовательность (для меди и серебра).
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 6867;