Електроліз розплавів електролітів, послідовність електродних процесів (теорія)

У промисловості досить широко використовують хімічні реакції, що відбуваються під дією електричного струму. Окисно-відновні реакції, під час яких електрична енергія перетворюється в хімічну, називають електролізом.

Мета уроку:

  • усвідомити, що таке процес електролізу;
  • навчитися пояснювати процеси, що відбуваються на катоді і аноді під час   електролізу;
  • навчитися описувати послідовність електродних процесів, які відбуваються під час електролізу розплавів солей, оксидів металічних елементів і лугів.

Пригадайте:

  • які речовини називають електролітами;
  • що таке процес електролітичної дисоціації.

 

Якщо в розчин або розплав електроліту занурити електроди і пропустити через нього постійний електричний струм, то йони будуть рухатися направлено: катіони до негативно зарядженого електроду, а аніони до позитивно зарядженого електроду.

Негативно заряджений електрод при електролізі називається катод, а позитивно заряджений – анод.

На катоді катіони будуть приєднувати електрони і  відновлюватися, а на аноді аніони  будуть віддавати електрони і  окиснюватися.

Електроліз – це окисно-відновні реакції, що відбуваються на електродах під дією постійного електричного струму в розчинах або розплавах електролітів.

У розплавах електролітами є речовини з йонною кристалічною ґраткою:    солі, оксиди металічних елементів та луги.

Розглянемо процеси, що відбуваються на електродах під час електролізу розплавів солей на прикладі електролізу розплаву натрій хлориду.

Для цього потрібно нагріти натрій хлорид до температури плавлення (801 оС). В розплаві проходить процес електолітичної дисоціації

NaCl ⇄ Na+ + Cl

Для проведення електролізу в розплав потрібно помістити два електроди, наприклад, графітові стрижні. Один із них з’єднати з позитивним полюсом джерела постійного електричного струму (наприклад, акумулятора) – це буде анод, а інший – з негативним полюсом – це буде катод.

Під дією електричного струму аніони Хлору будуть рухатись до анода, віддавати йому електрони, тобто окиснюватись та перетворюватись на електронейтральний атом:

Clē → Cl0

Атоми Хлору будуть утворювати  двохатомні молекули, і на аноді буде виділятись хлор – газ жовто-зеленого кольору.

2Cl0 → Cl2

Рисунок14

Рис 1. Схема електролізу розплаву натрій хлориду.

Катіони Натрію будуть рухатись до катоду, приєднувати електрони, відновлюватись та перетворюватись на просту речовину металічний натрій:

Na+ + ē → Na

Метал натрій за цих умов утворюється в рідкому стані: його температура плавлення 98 оС. Оскільки густина натрію значно менша за густину розплаву солі, то він спливає на поверхню (Рис. 1).

Ці перетворення можна описати рівняннями
електродних процесів:

электролиз

.

та рівнянням реакції:

електроліз

 

 

Аналогічні реакції відбуваються під час електролізу розплавів інших солей безоксигенових кислот та оксидів металічних елементів.

Електроліз розплаву лугу розглянемо на прикладі розплаву натрій гідроксиду.

Під час плавлення натрій гідроксид дисоціює на катіони натрію та гідроксид-аніони:

NaOH ⇄ Na+ + OH.

Під час електролізу розплаву лугу на катоді відновлюється металічний елемент, а на аноді окиснюються гідроксид-аніони і утворюється кисень:

електроліз лугу

 

.

ці процеси можна описати рівнянням реакції електролізу розплаву натрій гідроксиду:

електроліз натрій гідроксиду

.

електролізер Деві

Рис. 2 Схема електролізера Деві для отримання лужних металів.

Електролізом розплавів солей, лугів, оксидів металічних елементів добувають    активні метали, які в ряду активності стоять перед алюмінієм, і алюміній включно.

Металічні натрій і калій вперше були отримані тільки у 1807 році. Це вдалося зробити англійському хіміку Гемфрі Деві, який провів електроліз розплавлених натрій і калій гідроксидів у платиновій чашці, яка служила одночасно і катодом.

Зараз лужні, лужноземельні метали й алюміній
добувають електролізом найбільш доступної сировини: натрій і калій – електролізом розплавів хлоридів, алюміній – розплаву оксиду.

ВИСНОВКИ

Електроліз – це окисно-відновні реакції, що відбуваються на електродах під дією постійного електричного струму в розчинах або розплавах електролітів.

На катоді, який заряджений негативно, відбуваються процеси відновлення катіонів, а на позитивно зарядженому аноді – процеси окиснення аніонів.

Електроліз розплавів солей і оксидів використовують у промисловості для добування активних металів.

Питання для самоперевірки.

  1. Що таке електроліз?
  2. Чому процес електролізу проводять тільки під дією постійного електричного струму?
  3. Який заряд має катод, анод? Які процеси відбуваються на електродах?
  4. Які процеси відбуваються на катоді та аноді при електролізі розплаву: а) калій флуориду, б) натрій сульфіду?
  5. Які ще речовини крім металів утворюються під час електролізу розплавів безоксигенових солей?

 

Повернутися до сторінки “Електроліз розплавів електролітів, послідовність електродних процесів