2H2O + 2Cuo = H2 + 2ОН - + 2Cu+1 (1)
Далее в электролите последовательно протекают реакции:
2Cu+1 + 4Cl - = 2[CuCl2]- , (2)
2[CuCl2]- + 2ОН - = Cu2O↓ + 4Cl - +H2O (3)
Запишем молекулярной форме:
2Na[CuCl2] + 2NaОН = Cu2O↓ + 4NaCl + H2O
В окончательном виде с учетом (1-3) получим:
2Cuo + H2O = Cu2O↓ + H2↑
В этом случае хлорид натрия не претерпевает изменений. Это один из методов получения Cu2O.
Электролиз раствора хлорида натрия с применением цинковых
электродов без диафрагмы
Катод: 2H2O + 2е = H2 + 2ОН - 1 восстановление
Анод: Zn - 2ē = Zn2+ 1 растворение анода, окисление
В общем виде: 2H2O + Zn = H2 + Zn(ОН)2
Выводы. Происходит растворение металла анода и выделение водорода на катоде с образованием щелочной среды, в которой в отсутствие диафрагмы образуется осадок из Zn(ОН)2. Хлорид натрия не претерпевает изменений. При большой концентрации ионов водорода, образуемых за счет гидролиза, они могут восстановится на катоде.
Электролиз раствора хлорида натрия в ваннах с диафрагмой,
стальным катодом и графитовым анодом.
При прохождении постоянного электрического тока через водный раствор хлорида натрия можно ожидать выделения хлора на аноде и водорода на катоде.
Нормальный электродный потенциал разряда OH - - ионов составляет + 0,41 В, а нормальный электродный потенциал разряда ионов хлора равен + 1,36 В. В нейтральном насыщенном растворе хлорида натрия концентрация гидроксид-ионов незначительна.
Следовательно, на аноде в первую очередь будет разряжаться кислород. Однако на графитовых анодах перенапряжение кислорода много выше перенапряжения хлора и поэтому будет происходить в основном разряд ионов Cl - с выделением газообразного хлора.
Выделение хлора облегчается при увеличении концентрации NaCl в растворе. Поэтому надо использовать концентрированный раствор NaCl. А в сильно разбавленных растворах на аноде одновременно будут окисляться молекулы воды с выделением кислорода. Практический кислород выделяется в незначительных количествах.
Разряд ионов натрия из водных растворов на твердом катоде невозможен вследствие более высокого потенциала их разряда по сравнению с водородом. Поэтому остающиеся в растворе гидроксильные ионы образуют с ионами натрия раствор щелочи:
катод: 2Н2О + 2ē = 2ОН - + Н2 ↑ 1 восстановление
анод: 2Cl - −2ē = Cl2 1 окисление
 |
2Н2О + 2Cl-→ Cl2 + H2 + 2ОН-
или
2Н2О + 2NaCl→ Cl2 + H2 + 2NaOH
Выводы. Электролиз сводится к восстановлению воды на катоде с выделением водорода и окислению хлорид-ионов на аноде с выделением хлора. Концентрация раствора при этом изменяется не только за счет разложения воды, но и за счет расходования соли. Электролиз растворов хлорида натрия в ваннах с диафрагмой, со стальным катодом и графитовым анодом позволяет получать щелочь, хлор и водород в одном электролизере.
Рассмотрим электролиз в отсутствие диафрагмы. Тогда хлор, выделяющийся на аноде, частично будет растворяться в щелочи:
Сl2 + NaOH = NaClO + NaCl + Н2О
Кислородсодержащие ионы ClO - на аноде легко окисляются с образованием более устойчивых хлорат-ионов ClO3-:
ClO - + 2Н2О −4ē → ClO3- + 4Н+
Запишем катодные и анодные процессы в окончательном виде:
Катод: 2Н2О + 2ē = 2ОН - + Н2↑ восстановление 3
Анод: Cl - + 6ОН - − 6ē = ClO3- + 3Н2О окисление 1
 |
Суммарный процесс:
3Н2О + Cl - = ClO3- + 3H2
NaCl + 3Н2О = NaClO3 + 3H2↑
Выводы. Из-за побочных процессов, протекающих при электролизе раствора хлорида натрия, будут образовываться хлорат натрия, что снижает выход по току и коэффициент использования энергии. В щелочной среде облегчается выделение кислорода на аноде, что также будет ухудшать показатели электролиза. Чтобы уменьшить протекание побочных реакций, следует создать условия, препятствующие смешению катодных и анодных продуктов. К ним относятся разделение катодного и анодного пространств диафрагмой и фильтрация электролита через диафрагму в направлении, противоположном движению ОН - - ионов к аноду. Такие диафрагмы называются фильтрующими диафрагмами и выполняются из асбеста.
Электролиз раствора KCl без диафрагмы
KCl = К+ + Cl - , H2O ↔ ОН - + H+, рН = 7
1) катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН - 1
анод: 2Cl - −2ē = Cl2 ↑ 1
2KCl(р) + 2H2O = Cl2 + H2 + 2KOH,
2) далее имеет место реакция:
Cl2(г) + 2KOH(р) = KCl + KСlO + H2O,
3) затем на аноде последовательно идут процессы окисления:
2) ClO - + H2O −2ē = ClO2- + 2H+
3) ClO2- + H2O −2ē = ClO3- + 2H+
Суммарный процесс на аноде:
Cl - + 3H2O −2ē = ClO3- + 6H+
KCl(р) + 3H2O = KClO3 + 3H2↑
Теперь электролиз раствора KCl без диафрагмы можно записать в одну стадию:
катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН - 3
анод: Cl - + 3H2O -6ē = ClO3- + 6H+ 1
KCl(р) + 3H2O = KClO3 + 3H2↑
Электролиз раствора хлорида натрия на ртутном катоде с
диафрагмой
катод: Na+ + 1ē = Naо 2 восстановление
канод: 2Cl - −2ē = Cl2 ↑ 1 окисление
Naо + Hgo = Na/Hgсплав, 2Na/Hg + 2H2O = 2NaOH + H2↑ + Hg
Суммарный процесс электролиза: 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2
Получение KClO4 электролизом водного раствора KClO3 без
диафрагмы
KClO3 = К+ + ClO3- , H2O ↔ ОН - + H+ , рН = 7
катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН - 1
анод: ClO3- + H2O −2ē = ClO4- + 2H+ 1
В общем виде: KClO3(p) + H2O = KClO4 анод + H2↑катод
Возможен и другой механизм анодного окисления:
1) окисление воды:
2H2O − 4ē = О2↑ + 4Н+ ,
2) окисление хлорат-ионов кислородом:
2ClO3- + О2 = 2ClO4-
3) суммарный процесс окисления на аноде:
ClO3- + H2O −2ē = ClO4- + 2H+
Получение MeBrO4 электролизом водного раствора MeBrO3
без диафрагмы
MeBrO3(p) = Ме+ + BrO3- , H2O ↔ ОН - + H+, рН = 7
катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН - 1
анод: BrO3- + H2O −2ē = BrO4- + 2H+ 1
В общем виде: MeBrO3(p) + H2O = MeBrO4 + H2↑
Вторая возможная схема окисления на аноде:
1) окисление воды:
2H2O − 4ē = О2↑ + 4Н+ ,
2) окисление бромат-ионов кислородом:
2BrO3- + О2 = 2BrO4-
Электролиз водного раствора KIO3 в щелочной среде
без диафрагмы
KIO3 = К+ + IO3- , КОН ↔ К+ + ОН - , рН > 7
катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН - 1
анод: IO3- + 4ОН - − 2ē = H2IO63- + H2O 1
В общем виде: KIO3(р) + H2O + 2KOH(р) = H2↑ + K3H2IO6
С учетом щелочной среды анодный процесс можно представить еще и так:
1) окисление гидроксид-ионов:
4ОН - − 4ē = О2↑ + 2H2O,
2) окисление иодат-ионов кислородом:
2IO3- + 4ОН - + О2 = 2H2IO63-
3) суммарный процесс окисления на аноде:
IO3- + 4ОН - − 2ē = H2IO63- + H2O
Электролиз водного раствора HIO3
HIO3 = 2H+ + IO3- , рН < 7
катод: 2H+ + 2ē = H2↑ 1
анод: IO3- + H2O − 2ē = IO4- + 2H+ 1
В общем виде: HIO3(р) + H2O = H2 + HIO4
Вторая возможная схема окисления на аноде:
1) окисление воды:
2H2O − 4ē = О2↑ + 4Н+ ,
2) окисление иодат-ионов кислородом:
2IO3- + О2 = 2IO4-
Электролиз раствора хлорида олова на инертных электродах в
кислой среде, создаваемой за счет гидролиза
При прохождении постоянного электрического тока через водный раствор хлорида олова можно ожидать выделения хлора на аноде.
Так как раствор кислый (исходная соль подвергается гидролизу), то на катоде будет одновременно происходить восстановление катионов водорода и олова:
катод: Sn2+ + 2ē = Sno
2H+ + 2ē = H2↑ , рН <7 1
анод: 2Cl - −2ē = Cl2 2
Sn2+ + 2H+ + 4Cl - = Sno + H2↑ + 2Cl2
SnCl2 + 2HCl = Sno + H2↑ + 2Cl2
Тот факт, что выделение водорода на катоде связано с восстановлением ионов водорода, а не молекул воды, доказывают легко с помощью фенолфталеина, который в кислой и нейтральной средах не дает реакции, а в щелочной – окрашивает раствор в малиновый цвет.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
