Способность отдавать ионы в раствор у Zn больше, чем у Cu, поэтому концентрация электронов на цинковом электроде больше. Если соединить электроды внешним проводником, а растворы солей электролитическим мостиком, то электроны с цинка будут переходить на медь. Этот переход нарушит равновесие (2) и (3). Происходящие процессы выражаются уравнениями:
Zn0 – 2 ē → Zn2+ - процесс окисления (протекает на аноде);
Cu2+ + 2 ē → Cu0 - процесс восстановления (протекает на катоде).
Анодом является металл с более низким значением электродного потенциала.
Суммарно: Zn0 + Cu2+ → Zn2+ + Cu0
Электродвижущая сила (ЭДС) ГЭ равна разности электродных потенциалов между катодом и анодом.
Гальванические элементы применяют гл. обр. для питания переносной аппаратуры (напр., транзисторных радиоприемников) и поэтому изготавливают преим. с невыливающимся электролитом (загущенным или твердым). В отличие от аккумуляторов, гальванические элементы не нуждаются в особом уходе при эксплуатации.
37. Электролиз расплава соли. Основные понятия. Потенциал разложения. Перенапряжение.
Электролиз - окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании постоянного тока через систему, включающую электролит.
Расплавы
1) Активные металлы
1.Соль активного металла и бескислородной кислоты
NaCl ↔ Na+ + Cl−
K"катод"(-): Na+ + 1e = Na0
A"анод"(+): Cl− — 1e = Cl0; Cl0+Cl0=Cl2
Вывод: 2NaCl → (электролиз) 2Na + Cl2
2.Соль активного металла и кислородосодержащей кислоты
Na2SO4↔2Na++SO42−
K(-): 2Na+ +2e =2Na0
A(+): 2SO42− −4e =2SO3+O2
Вывод: 2Na2SO4 → (электролиз) 4Na + 2SO3 + O2
3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион
NaOH ↔ Na+ + OH−
K(-): Na+ +1e =Na0
A(+): 4OH− −4e =2H2O + O2
Вывод: 4NaOH → (электролиз) 4Na + 2H2O + O2
2) Менее активные металлы
Точно так же
3) Неактивные металлы
Точно так же
Минимальный потенциал (В), при котором процесс электролиза становится возможным, называется потенциалом (напряжением) разложения. Его находят вычитанием электродного потенциала катиона из соответствующего значения электродного потенциала аниона, единица измерения Вольт (В).
Перенапряжение (ПОЛЯРИЗАЦИЯ) в электрохимии, отклонение значения электродного потенциала от равновесного при пропускании электрич. тока. Величина поляризации зависит от плотности тока i, т. е. силы тока, отнесенной к единице поверхности электрода, и обычно тем больше, чем больше i. При одном и том же значении i поляризация зависит от природы электрода и типа протекающей на его поверхности реакцции, состава раствора, температуры и др. факторов и может колебаться от долей мВ до неск. В. Знак поляризации зависит от направления протекания тока и при изменении направления меняется на обратный.
38. Электролиз растворов солей. Ряд разряжаемости катионов и ряд разряжаемости анионов. Области практического применения электролиза.
Растворы
1) Активные металлы
1.Соль активного металла и бескислородной кислоты
NaCl ↔ Na+ + Cl−
K"катод"(-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH−
A"анод"(+): Cl− — 1e = Cl0; Cl0+Cl0=Cl2
Вывод: 2NaCl + 2H2O(электролиз) → H2 + Cl2 +2NaOH
2.Соль активного металла и кислородсодержащей кислоты
Na2SO4↔2Na++SO42−
K(-): 2H2O + 2e = H2 + OH−
A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4H+
Вывод: 2H2O (электролиз) → H2 + O2
3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион
NaOH ↔ Na+ + OH−
K(-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH−
A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4Н+
Вывод: 2H2O (электролиз) → 2H2 + O2
2) Менее активные металлы
1.Соль менее активного металла и бескислородной кислоты
ZnCl2 ↔ Zn2+ + 2Cl−
K"катод"(-): Zn2+ + 2e = Zn0
A"анод"(+): 2Cl− — 2e = 2Cl0
Вывод: ZnCl2 (электролиз) → Zn + Cl2
2.Соль менее активного металла и кислородсодержащей кислоты
ZnSO4 ↔ Zn2++SO42−
K(-): Zn2+ + 2e = Zn0
A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4Н+
Вывод: 2ZnSO4 + 2H2O(электролиз) → 2Zn + 2H2SO4 + O2
3. Гидроксид: невозможно (нерастворим)
3) Неактивные металлы
Точно так же
Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.
Электрохимические процессы широко применяются в различных областях
современной техники, в аналитической химии, биохимии и т. д. В химической
промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и
перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически чистые водород и
кислород и т. д. При этом одни вещества получают путем восстановления на
катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокислением на аноде
(хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.).
Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки
металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов.
39. Химические свойства металлов, взаимодействие металлов с неметаллами.
Металлы – это элементы, между атомами которых осуществляется металлическая связь.
Химические свойства металлов.
Главным признаком металлов, как химических веществ, является их способность терять электроны при взаимодействии с другими атомами, проявляя восстановительные свойства. В соответствии с восстановительной способностью получен ряд химической активности металлов: от Li до Al – активные, от Al до H+ – средней активности. Металлы, расположенные в ряду активности справа от водорода, называют малоактивными или благородными.
1. Металлы реагируют с простыми веществами - неметаллами: со фтором – почти все металлы, продукты реакции называют фториды; хлором – почти все, продукты реакции называют хлориды; кислородом – многие металлы, продукты реакции называют оксиды; серой – многие при нагревании, продукты называют сульфидами; водородом, азотом – щелочные и щелочно - земельныне металлы, продукты реакции гидриды и нитриды, соответственно.
40. Взаимодействие металлов с водой.
С водой взаимодействуют, вытесняя водород из воды, только те металлы, значение электродных потенциалов которых значительно меньше чем у воды (–0,41 В).
2Li + 2H2O ® 2LiOH + H2
Металлы, расположенные между магнием и свинцом пассивируют протекание реакции, с образованием защитной оксидной пленки.
41. Взаимодействие металлов с кислотами.
Металлы, стоящие в ряду электродных потенциалов левее водорода, взаимодействуют с хлороводородной кислотой. Окислителем в хлороводородной кислоте является ион водорода H+:
Fe + 2HCl ® FeCl2 + H2
Металлы взаимодействуют с серной кислотой. В разбавленной, также как в хлороводородной кислоте, окислителем является ион водорода:
Ме + Н2SO4 (разб.) ® MeSO4 + H2
В концентрированной серной кислоте в роли окислителя выступает атом серы 
. В этом случае становится возможным окисление некоторых благородных металлов.
3Cu + 4H2SO4 ® 3CuSO4 + S¯ + 4H2O
Более сильным окислителем, чем серная кислота является азотная. В разбавленной азотной кислоте окислителем выступает атом азота 
. Продуктами восстановления азота могут являться NH4NO3, N2, N2O, NO. Концентрированная азотная кислота обычно восстанавливается до NO.
42. Взаимодействие металлов со щелочами.
Действие растворов щелочей возможно только на «амфотерные» металлы Be, Al, Zn, Sn, Pb. Причем реакция протекает в две стадии: реакция металла с водой с образованием гидроксида и водорода, реакция гидроксида металла со щелочью.
43. Классификация неорганических веществ. Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов металлов.
Все неорганические соединения делятся на две большие группы:
Простые вещества — состоят из атомов одного элемента;
Сложные вещества — состоят из атомов двух или более элементов.
Простые вещества по химическим свойствам делятся на:
металлы (Li, Na, K, Mg, Ca и др.);
неметаллы (F2, Cl2, O2, S, P и др.);
амфотерные простые вещества (Zn, Al, Fe, Mn и др.);
благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn).
Сложные вещества по химическим свойствам делятся на:
оксиды:
основные оксиды (CaO, Na2O и др.);
кислотные оксиды (СO2, SO3 и др.);
амфотерные оксиды (ZnO, Al2O3 и др.);
двойные оксиды (Fe3O4 и др.);
несолеобразующие оксиды (CO, NO и др.);
гидроксиды;
основания (NaOH, Ca(OH)2 и др.);
кислоты (H2SO4, HNO3 и др.);
амфотерные гидроксиды (Zn(OH)2, Al(OH)3 и др.);
соли:
средние соли (Na2SO4, Ca3(PO4)2 и др.);
кислые соли (NaHSO3, CaHPO4 и др.);
основные соли (Cu2CO3(OH)2 и др.);
двойные и/или комплексные соли (CaMg(CO3)2, K3[Fe(CN)6], KFeIII[FeII(CN)6] и др.);
бинарные соединения:
бескислородные кислоты (HCl, H2S и др.);
бескислородные соли (NaCl, CaF2 и др.);
прочие бинарные соединения (AlH3, CaC2, CS2 и др.).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
