Электролиз растворов нитрита и сульфита натрия на инертных
электродах без диафрагмы.
В нитрит - и сульфит-ионах атомные частицы N+3 и S+4 занимают промежуточные степени окисления. Поэтому при прохождении постоянного электрического тока через водные растворы нитрита и сульфита натрия можно ожидать окисления на аноде нитрит - и сульфит-ионов и восстановление на катоде молекул воды.
КNO2 (р) = К+ + NO2- , H2O ↔ ОН - + H+
К2SO3 = 2К+ + SO32-, H2O ↔ ОН - + H+
Электродные процессы:
катод: 2H2O + 2ē = H2 + 2ОН - 1
анод: NO2- + H2O − 2ē = NO3- + 2Н+ 1 , рН = 7
NO2- + 3H2O = H2 + NO3- + 2Н+ + 2ОН -
Так как электролиз ведут без диафрагмы, то имеет место процесс нейтрализации Н+ + ОН - = H2O. Тогда в окончательном виде получим:
КNO2 + H2O = H2 + КNO3
Возможен и другой механизм анодного окисления:
1) вода окисляется по схеме
2H2O − 4ē = О2 + 4Н+
2) затем протекает процесс окисления NO2- кислородом:
2NO2- + О2 = 2NO3- ,
Так как нитрит калия в водном растворе подвергается гидролизу по первой ступени, создается щелочная среда, процесс окисления на аноде необходимо записать следующим образом:
NO2- + 2ОН - − 2ē = NO3- + H2O
(недостаток кислорода в левой части восполняют за счет ОН- - ионов, а недостаток водорода в правой части - за счет молекул воды).
С учетом этого составим электродные процессы:
катод: 2H2O + 2ē = H2 + 2ОН - 1
анод: NO2- + 2ОН- − 2ē = NO3- + H2O 1 рН > 7
NO2- + H2O = H2 + NO3-
В окончательном молекулярном виде получим то же, что и при рН =7:
КNO2 + H2O = H2 + КNO3
Процесс окисления на аноде при рН > 7 можно представить и так:
1) ОН - - ионы окисляются с образованием кислорода:
4ОН - − 4ē = О2 + 2H2O
2) затем нитрит-ионы окисляются кислородом:
2NO2- + О2 = 2NO3-
Аналогичным образом можно записать электролиз раствора К2SO3:
катод: 2H2O + 2ē = H2 + 2ОН - 1
анод: SO32- + H2O − 2ē = SO42- + 2Н+ 1 рН =7
SO32- + 3H2O = H2 + SO42- + 2Н+ + 2ОН-
К2SO3 + H2O = H2 + К2SO4
Возможный процесс окисления на аноде при рН = 7 можно представить и так:
1) окисление воды:
2H2O − 4ē = О2 + 4Н+
2) сульфит-ионы окисляются кислородом:
2SO32- + О2 = 2SO42-
В случае щелочной среды имеем:
катод: 2H2O + 2ē = H2 + 2ОН - 1
анод: SO32- + 2ОН- − 2ē = SO42- + H2O 1
В общем виде: SO32- + H2O = H2 + SO42-
К2SO3 + H2O = H2 + К2SO4
Возможные процессы окисления на аноде при рН > 7:
1) 4ОН - − 4ē = О2 + 2H2O
2) 2SO32- + О2 = 2SO42-
Получение KMnO4 электролизом раствора K2MnO4:
анод: MnO42- − 1ē = MnO4- 2
катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН - 1
2K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + H2↑ + 2КОН
Электролиз водного раствора гидроксида натрия на инертных
электродах с диафрагмой
NaOH(р) = Na+ + ОН -
На катоде восстанавливаются молекулы воды, а на аноде окисляются гидроксид-ионы:
катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН - 2
анод: 4ОН - − 4ē = О2↑ + 2H2O 1
2Н2О = 2Н2↑ + О2↑
Вывод. Путем электролиза растворов щелочей можно получать как газообразный водород, так и кислород, электролиз без диафрагмы проводить опасно, из-за возможности образования «гремучей» смеси.
Получение H2S2O8 электролизом 50% раствора серной кислоты
Серная кислота сильна только по первой стадии диссоциации:
H2SO4 = Н+ + HSO4-
По второй стадии диссоциации она считается кислотой средней силы:
HSO4- ↔ Н+ + SO42-
В результате этого на электродах идут следующие процессы:
катод: 2Н+ + 2ē = H2↑ 1
анод: 2HSO4- −2ē = H2S2O8 1
 |
В общем виде: 2HSO4- + 2Н+ = H2↑ + H2S2O8
2H2SO4 = H2↑ + H2S2O8
Электролиз по такой схеме возможен при больших плотностях тока.
Получение К2S2O8 электролизом раствора КHSO4
1) КHSO4 = К+ + HSO4-
2) катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2OH - 1
анод: 2HSO4- -2ē = H2S2O8 1
 |
2HSO4- + 2H2O = H2↑ + H2S2O8 + 2OH - или
2КHSO4 + 2H2O = H2↑ + H2S2O8 + 2КOH
3) H2S2O8 + 2КOH = К2S2O8↓ + 2H2O
2КHSO4 = К2S2O8↓ + H2↑
Электролиз по такой схеме возможен при больших плотностях тока.
Электролиз водного раствора соли Cr2(SO4)3 на инертных электродах
Cr2(SO4)3 = 2Сr3+ + 3SO42-
Электродные процессы:
катод: Сr3+ + 3ē = Cro
2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН - 4 при рН =7
анод: 2H2O - 4ē = О2 + 4Н+ 5
В общем виде: 2Cr2(SO4)3(p) + 10H2O → 4Cr + 5O2↑ + 4H2↑ + 6H2SO4
Процесс электролиза иногда упрощенно записывают без учета восстановления воды на катоде, так как количество электричество, расходуемое при этом незначительно:
2Cr2(SO4)3(p) + 6H2O → 4Cr + 3O2↑ + 6H2SO4
Если учесть гидролиз соли Cr2(SO4)3 , то на катоде вместо восстановления воды необходимо записывать процесс восстановления ионов водорода, при этом окончательная реакция электролиза не будет отличаться от написанного.
Получение ферратов анодным окислением железа в щелочном
электролите
Электродные процессы:
катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН - 3
анод: Feo - 6ē = Fe+6 1
В растворе: Fe+6 + 4ОН - = FeО42- + 4Н+
Суммарные электродные процессы:
катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН - 3
анод: Feo + 4ОН - - 6ē = FeО42- + 4Н+ 1
В окончательном виде: Feo + 2H2O + 2ОН - = FeО42- + 3H2↑
Feo + 2H2O + 2КОН = К2FeО4 малиновый + 3H2↑
Марганец можно получить электролизом раствора MnSO4:
2MnSO4(р) + 2H2O = 2Mn↓катод + O2↑ анод + 2H2SO4
Хром можно получить электролизом раствора Cr2(SO4)3
2Cr2(SO4)3(p) + 6H2O → 4Cr + 3O2↑ + 6H2SO4
Электролизом раствора (NH4)2SO4 в серной кислоте получают H2O2
катод: 2H+ + 2ē = H2↑ 1
анод: 2HSO4- -2ē = H2S2O6(O2) 1
2H+ + 2HSO4- = H2↑ + H2S2O6(O2) ,
2) затем идет реакция:
H2S2O6(O2) + 2NH4+ = (NH4)2S2O6(O2)↓ + 2H+,
3) далее проводят гидролиз:
(NH4)2S2O6(O2) + 2H2O = 2NH4HSO4 + H2O2
II. Электролиз расплавов солей
Необходимо помнить, что при плавлении солей и щелочей происходит их электролитическая диссоциация. Если теперь через такой расплав электролита пропустить постоянный электрический ток, катионы перемещаются к катоду и восстанавливаются, а анионы окисляются на аноде.
На катоде катионы металлов восстанавливаются по схеме:
Меn+ + nē = Meо
Окисление кислородсодержащих анионов на аноде протекает сложнее, чем бескислородных:
Э n - - nē = Эо
4ОН - − 4ē = О2 + 2Н2О, 2SO42- −4ē = 2SO3 + O2o,
2CO32- −4ē = 2CO2 + O2o, 2NO3- −2ē = 2NO2 + O2o
2SO32- −4ē = 2SO2 + O2o, 2PO43- −4ē = 2PO3- + O2o
Электролизом расплавов соответствующих солей или их гидроксидов получают металлы: щелочные и щелочноземельные, магний, медь, алюминий и др.
Электрохимический способ получения фтора в расплавах:
1) HF + KF, при 70-100 оС;
2) HF в расплаве KH2F3 , при 80-120 оС
3) HF в расплаве KHF2 , при 240-300 оС
Электролизу подвергается во всех случаях HF:
1) в расплаве происходит электролитическая диссоциация и
автопротолиз HF:
3HFрасплав ↔ H2F+ + HF2- (автопротолиз) (1)
2) электродные процессы:
катод: 2H2F+ + 2ē = H2о + 2HFо 1
анод: 2HF2- - 2ē = F2о + 2HFо 1
2H2F+ + 2HF2- = F2о + H2о + 4HFо
2HF(расплав) = H2 + F2
Электролиз расплава гиидроксида натрия
NaOH(расплав) = Na+ + ОН -
катод: Na+ + ē = Naо 4
анод: 4ОН - - 4ē = О2↑ + 2H2O 1
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
