4NaOH(расплав) = 4Naо + О2↑ + 2H2O
Вывод. Электролизом расплавов щелочей можно получать как газообразный кислород, так и металлический натрий. Электролиз без диафрагмы проводить опасно, из-за возможности реакции между продуктами.
Электролиз расплава хлорида натрия. Хлорид натрия плавится при 801 оС. Вести электролиз при такой высокой температуре в промышленных масштабах не выгодно, поэтому добавляют другие вещества, понижающие температуру плавления, а следовательно, и температуру процесса. В данном случае добавляют хлорид кальция и проводят электролиз при температуре 600 оС:
NaCl(расплав) = Na+ + Cl -
катод: Na+ + ē = Naо 2
анод: 2Cl - - 2ē = Cl2↑ 1
2NaCl(расплав) = 2Naо + Cl2↑
Вывод. Электролизом расплава хлорида натрия можно получать как газообразный хлор, так и металлический натрий. Электролиз без диафрагмы проводить нельзя из-за возможности реакции между продуктами.
Аналогично электролизом расплавов солей и щелочей получают щелочные, Mg, Be и щелочноземельные металлы:
2LiCl(расплав)= 2Li(ж) + Cl2↑ (электролит: эвтектический расплав LiCl + KCl)
4NaOH(расплав) = 4Na + 2H2O + O2↑ (t)
2KCl(расплав) = 2K + Cl2↑ (t, электролит: KCl + K2CO3 , катод - Pbрасплав)
CaCl2 = Ca + Cl2(г) (электролиз расплава, 800 oC или CaCl2 +СaF2 , 700 oC)
BaCl2 = Ba + Cl2(г) (t, электролиз расплава BaCl2 + NaCl или BaCl2 + BaF2)
BeF2 = Be + F2(г) (t, электролиз расплава)
MgCl2 = Mg + Cl2 (720-750, электролиз эвтектического расплава MgCl2 + KCl)
SrCl2 = Sr + Cl2 (800 oC, электролиз эвтектического расплава SrCl2 + KCl)
В промышленности алюминий получают электролизом расплава оксида алюминия в криолите Na3[AlF6]. Оксид алюминия имеет высокую температуру плавления (2050 оС) и не проводит электрический ток. Криолит добавляют, чтобы снизить температуру плавления и сделать расплав электропроводным.
Электрохимический синтез алюминия обычно упрощенно записывают так:
2Al2O3(т) = 4Al + 3O2
Реальный процесс электролиза эвтектического расплава Al2O3 + Na3[AlF6] на угольно-графитовых электродах при температуре 950 0C и плотности тока 80 –150 кА заключается в следующем:
1) происходит растворение Al2O3 в расплаве Na3[AlF6]:
Al2O3 + 3Na3[AlF6] = 2AlF3 + 3Na3[AlOF4]тетрафтороксоалюминат
Al2O3 + 3[AlF6]3- = 2Al3+ + 6F - + 3[AlOF4]3- ,
2) катионы Al3+ перемешаются к катоду, а анионы F - и [AlOF4]3- - к аноду, фторид-ионы на аноде разрядится не могут:
катод: Al3+ + 3e = Alo↓ 4
анод: 2[AlOF4]3- - 4е = 2[AlF4 ]- + O2↑ 3
-------------------------------------------------------
Суммарно в ионном виде можно записать:
4Al3+ + 6[AlOF4]3- = 4Alo↓ + 6[AlF4 ]- + 3O2o ↑
Или в молекулярной форме:
4AlF3 + 6Na3[AlOF4] = 4Al↓ + 6Na[AlF4 ] + 12NaF + 3O2↑
Так как анод угольный, то реальный процесс отвечает уравнению:
катод: Al3+ + 3e = Alo ↓ 4
анод: 2[AlOF4]3- + Со -4е = 2[AlF4 ]- + СO2о↑ 3
--------------------------------------------------------
4Al3+ + 6[AlOF4]3- + 3Со = 4Alo↓ + 6[AlF4]- + 3СO2o↑
4AlF3 + 6Na3[AlOF4] + 3С = 4Al↓ + 6Na[AlF4] + 12NaF + 3СO2↑
П. Окислительно-восстановительные реакции
II.1.Современная классификация
окислительно-восстановительных реакций [1]
В зависимости от характера переноса электрона, все окислительно-восстановительные реакции могут быть разделены на два типа [1]: межчастичные и внутричастичные (схема 1, табл.1).
Частицами могут быть нейтральные атомы, атомы в различных степенях окисления, ионы и молекулы.
Таблица 1. Классификация химических реакций в неорганической химии
Признаки классификации | Типы химических реакций |
I. Реакции с переносом протона - протолитические реакции | I. Реакции межчастичного кислотно-основного взаимодействия в водных растворах 1. Реакции межмолекулярного кислотно-основного взаимодействия; 2. Реакции ионно-молекулярного кислотно-основного взаимодействия; 3. Реакции межионного кислотно-основного взаимодействия П. Реакции внутримолекулярного кислотно - основного взаимодействия |
II. Реакции с переносом электрона - окислительно-восстановительные реакции | I. Межчастичное окисление-восстановление 1. Межмолекулярное (межионное и ионно-молекулярное): а) с конмутацией, в) с дисмутацией, с) без конмутации и дисмутации. 2. Межатомное: а) с дисмутацией, в) без дисмутации. 3.Атомно-молекулярное (атомно-ионное): а) с конмутацией, в) без конмутации. II. Внутричастичное окисление-восстановление 1.Внутримолекулярное а) с конмутацией; в) с дисмутацией с) без конмутации и дисмутации. 2.Внутриионное а) с конмутацией; в) с дисмутацией с) без конмутации и дисмутации |
3.Реакции без переноса протона и электрона | I. Реакции ионного обмена 1. Реакции ионного обмена в водных растворах с участием ионов-непротолитов; 2. Реакции донорно-акцепторного взаимодействия: реакции с образованием ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму |
«Межчастичное» окисление-восстановление подразумевает перенос электрона между частицами, т. е. между молекулами или ионами, или между атомами. Причем, сюда мы относим реакции с переносом электрона не только между молекулами или ионами различных веществ, но и между молекулами или ионами одного вещества.
В существующей же классификации к межмолекулярным окислительно-восстановительным относят реакции, в которых перенос электронов происходит между атомными частицами, входящими в состав различных реагирующих веществ. Однако к ним можно отнести, на наш взгляд, также реакции, в которых перенос электронов происходит между молекулами одного вещества. Именно в этом и заключается принципиально новый подход к классификации окислительно-восстановительных реакций.
«Внутричастичное» окисление-восстановление подразумевает перенос электрона внутри частицы одного вещества, т. е. внутри молекулы или иона.
В отличие от существующей классификации окислительно-восстановительных реакций, в представленной классификации реакции дисмутации (диспропорционирования) не выделяются как отдельный тип (схема 1).
Справедливость этих рассуждений очевидна при рассмотрении противоположных друг к другу реакций конмутации и дисмутации.
Конмутация (сопропорционирование) – это окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой степени окисления атомных частиц одного и того же химического элемента выравниваются.
Конмутация бывает как межчастичной, так и внутричастичной.
В реакциях внутричастичной конмутации (схемы 1, 2 ) выравнивание степеней окисления происходит за счет переноса электронов между атомными частицами одного и того же химического элемента, входящими в состав молекулярных (ионных) частиц одного вещества в различных степенях окисления:
1) NH4NO2 → N2 + 2H2O, N-3 - 3ē = Nо 1
восстановитель, N+3 + 3ē = Nо 1
окислитель
2) NH4NO3 → N2О + 2H2O, N-3 - 3ē = N+1 1
восстановитель, N+5 + 5ē = N+1 1
окислитель
3) 2Na2SO3(S) + SCl2 = Na2S5O6 + 2NaCl, 2S+6 + 8ē = 2S+2 1
восстановитель, 2S-2 - 8ē = 2S+2 1
окислитель
В реакциях межчастичной конмутация (схемы 1, 2) выравнивание степеней окисления происходит за счет переноса электронов между атомными частицами одного и того же химического элемента, входящими в состав частиц (молекулярных, ионных) различных реагирующих веществ:
NH4Cl + KNO2 = KCl + N2 + 2H2O,
восстановитель окислитель
N-3 - 3ē = Nо 1
N+3 + 3ē = Nо 1
2H2S + SO2 = 3S + 2H2O
восстановитель окислитель
S-2 - 2ē = Sо 2
S+4 + 4ē = Sо 1
2Na2S + Na2SO3 + 3H2SO4 = 3S + 3Na2SO4 + 3H2O
восстановитель окислитель
S-2 - 2ē = Sо 2
S+4 + 4ē = Sо 1
HCl + HClO ↔ Cl2 + 2H2O
восстановитель окислитель
Cl - - 1ē = Clо 1
Cl+ + 1ē = Clо 1
5KI + KIO3 + 3H2SO4 =3I2+ 3K2SO4 + 3H2O
восстановитель окислитель
I - - 1ē = Iо 5
I+5 + 5ē = Iо 1
3MnSO4 + 2KMnO4 + 2H2O = 2KHSO4 + 5MnO2+ H2SO4
восстановитель окислитель
Mn+2 - 2ē = Mn+4 3
Mn+7 + 3ē = Mn+4 2
4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O
восстановитель окислитель
2N-3 - 6ē = N2о 2
2N+2 + 4ē = N2о 3
NaH + H2O = NaOH + H2
восстановитель окислитель
Н - - 1ē = Hо 1
Н+ + 1ē = Hо 1
Ах
2Аz (Ах +Аy → 2Аz)
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
