Меню

Электролиз раствора сульфата меди с растворимым анодом

Электролиз раствора сульфата меди с растворимым анодом

3. Электролиз водных растворов с растворимыми анодами

lascheggia Дата: Четверг, 15.11.2012, 12:06 | Сообщение # 1

Задание
Определить какие вещества и в каких количествах выделяются на электродах при электролизе водных растворов CuSO4 и CuCl2 с растворимыми (медными) анодами при пропускании через электроды тока силой в 5 А в течение получаса.

Решение
Рассмотрим расположение металла в электрохимическом ряду напряжений:

Металлы с потенциалами отрицательнее марганца не выделяются на катоде из водных растворов своих солей, на катоде выделяется в таких случаях только водород по реакции 2H2O + 2e = H2 + 2OH — . Марганец и металлы с большими потенциалами выделяются из водных растворов на катоде по реакции Me z+ + z • e = Me (z – валентность металла).

Реакция растворения металлического анода выглядит как обратная катодному процессу восстановления металла: Me = Me z+ + z • e.

Медь – выделяется из водных растворов, медный анод – растворяется.

Электролиз сульфата меди с растворимыми анодами:
на катоде Cu 2+ + 2e = Cu
на аноде Cu = Cu 2+ + 2e

Электролиз хлорида меди с растворимыми анодами:
на катоде Cu 2+ + 2e = Cu
на аноде Cu = Cu 2+ + 2e

Количества выделяющихся веществ в граммах или литрах определяют по закону Фарадея:
m = I • M • t • Вт / (z • F) или V = I • Vm • t • Вт / (z • F),
где I – ток, А
M – молярная масса выделяющегося вещества, г/моль
Vm – молярный объем газа, л/моль
t – время, с
Вт – выход по току (обычно принимают равным 1)
z – число электронов, принимающих участие в электродной реакции
F – число Фарадея, Кл/моль
Масса выделившейся на катоде меди (убыль массы медного анода):
m = 5 • 63,55 • (0,5 • 3600) • 1 / (2 • 96500) = 2,96 г.

Источник

Khimia / Химия / Курс ЛР / лаба15

Федеральное агентство по образованию Российской федерации

Владимирский государственный университет

Электролизом называют окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. Этот процесс сопровождается превращением электрической энергии в химическую.

Под действием постоянного тока положительно заряженные ионы получают направленное движение к отрицательному электроду, а ионы с отрицательным зарядом – к положительному. Отрицательный электрод при электролизе называется катодом (к катоду движутся катионы), а положительный – анодом (к аноду движутся анионы).

Реакции на электродах при электролизе расплавов и растворов электролитов.

Определяется рядом напряжения металлов.

Металлы, стоящие правее водорода: из водных растворов разряжаются беспрепятственно (в направлении Au – Ag – Hg – Cu)

2Н + +2е = Н2 (для кислот); 2Н2О +2е = Н2 + 2ОН —

(Н – Mg] Me n + + ne = Me 0 ; 2Н2О +2е = Н2 + 2ОН —

Никогда не восстанавливаются из водных растворов; 2Н2О +2е = Н2 + 2ОН —

2О – 4е = О2 + 4Н + ; 2ОН — — 4е = О2 + 2Н +

Анионы, содержащие кислород, из растворов не окисляются, в этом случае идет окисление кислорода из воды: 2Н2О – 4е = О2 + 4Н +

На катоде восстанавливается тот металл, который содержится в расплаве.

На аноде происходит окисление того иона, который входит в состав расплава. Если ионы – кислородосодержащие, то кислород может окисляться до пероксида, либо до свободного кислорода.

Бескислородные кислоты: НВr

Катод: 2Н + +2е = Н2; Анод: 2Br — -2е = Br2

2. Кислородосодержащие кислоты

Анод: 2Н2О – 4е = О2 + 4Н + ; Катод: 2Н + +2е = Н2;

Повышение концентрации кислоты

Электролиз растворов щелочей.

Повышение концентрации щелочи

Первый закон Фарадея: массы или объемы веществ, выделившихся на электродах, прямо пропорциональны количеству электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита.

Второй закон Фарадея: одинаковые количества электричества выделяют на электродах эквивалентные массы (или объемы) веществ.

; ;

Цель работы: изучить электролиз растворов хлорида натрия, сульфата натрия, сульфата меди (II), сульфата меди (II) с использованием растворимого анода.

Приборы и реактивы. Электролизёр, графитовые или платиновые электроды. Растворы: хлорида натрия 1 М, сульфата натрия 1 М, сульфата меди 1 М, иодида калия 0,1 М, фенолфталеина, лакмуса нейтрального.

Электролиз раствора хлорида натрия.

Закрепили электролизер, которым служит U-образная трубка на штативе. Налили в нее 2/3 объема раствора хлорида натрия. Вставили в оба колена трубки электроды и включили постоянный ток напряжением 4-6 В. Проводили электролиз в течении 3-5 минут. После этого добавили в одно колено (к катоду) несколько капель фенолфталеина, а в другое (к аноду) – небольшое количество иодида калия.

Наблюдали окрашивание раствора у катода (в малиновый цвет) и у анода (в желтый цвет).

Образовавшийся йод окрашивает раствор в желтый цвет (у анода), а в малиновый – у катода, это обуславливается тем, что из-за накопления гидроксид-ионов среда у катода становиться щелочной.

Электролиз раствора сульфата натрия.

В электролизёр налили раствор сульфата натрия. В оба колена добавили по несколько капель нейтрального лакмуса. Включили ток и наблюдали через 3 -5 минут изменение окраски электролита в прикатодном и прианодном пространстве.

При добавлении лакмуса к катоду раствор приобрёл розовый цвет из этого следует среда щелочная. При добавлении лакмуса к аноду раствор приобрёл син ий цвет из этого следует кислая.

Электролиз раствора сульфата меди (II).

В электролизер был залит раствор сульфата меди (II). В течение нескольких минут (5-10 мин) через него пропускался ток, до появления розового слоя меди на катоде. Это происходит потому, что электродный потенциал меди положительный, следовательно она восстанавливается на электроде беспрепятственно.

Сu 2+ + 2e = Cu 0

Опыт №4. Электролиз раствора сульфата меди (II) с использованием растворимого анода.

В электролитической установке после проведения третьего опыта были переключены полюса у электродов. Теперь электрод со слоем меди – анод. В процессе электролиза медь на нем растворяется и появляется на другом электроде.

Сu 2+ + 2e = Cu 0

Cu 0 – 2e = Сu 2+

Вывод: т.к. мы использовали растворимый анод, тогда на нем растворяется тот атом или ион, который имеет более низкий потенциал (из Cu, H2O, SO4), следовательно на аноде предпочтительнее процесс окисления меди, т.к. потенциал этого процесса по величине меньше, чем потенциал др. процессов. А на катоде восстанавливается медь.

Вывод: мы изучить электролиз растворов хлорида натрия, сульфата натрия, сульфата меди (II), сульфата меди (II) с использованием растворимого анода.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Электролиз

Электролиз

Химические реакции, сопровождающиеся переносом электронов (окислительно-восстановительные реакции) делятся на два типа: реакции, протекающие самопроизвольно и реакции, протекающие при прохождении тока через раствор или расплав электролита.

Раствор или расплав электролита помещают в специальную емкость — электролитическую ванну .

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц — ионов, электронов и др. под действием внешнего электрического поля. Электрическое поле в растворе или расплаве электролита создают электроды .

Электроды — это, как правило, стержни из материала, проводящего электрический ток. Их помещают в раствор или расплав электролита, и подключают к электрической цепи с источником питания.

При этом отрицательно заряженный электрод катод — притягивает положительно заряженные ионы — катионы . Положительно заряженный электрод ( анод ) притягивает отрицательно заряженные частицы ( анионы ). Катод выступает в качестве восстановителя, а анод — в качестве окислителя.

Различают электролиз с активными и инертными электродами. Активные (растворимые) электроды подвергаются химическим превращениям в процессе электролиза. Обычно их изготавливают из меди, никеля и других металлов. Инертные (нерастворимые) электроды химическим превращениям не подвергаются. Их изготавливают из неактивных металлов, например, платины , или графита .

Электролиз растворов

Различают электролиз раствора или расплава химического вещества. В растворе присутствует дополнительное химическое вещество — вода, которая может принимать участие в окислительно-восстановительных реакциях.

Катодные процессы

В растворе солей катод притягивает катионы металлов. Катионы металлов могут выступать в качестве окислителей. Окислительные способности ионов металлов различаются. Для оценки окислительно-восстановительных способностей металлов применяют электро-химический ряд напряжений :

Каждый металл характеризуется значением электрохимического потен-циала. Чем меньше потенциал , тем больше восстановительные свойства металла и тем меньше окислительные свойства соответствующего иона этого металла. Разным ионам соответствуют разные значения этого потенциала. Электрохимический потенциал — относительная величина. Электрохимический потенциал водорода принят равным нулю.

Также около катода находятся молекулы воды Н2О. В составе воды есть окислитель — ион H + .

При электролизе растворов солей на катоде наблюдаются следующие закономерности:

1. Если металл в соли — активный ( до Al 3+ включительно в ряду напряжений ), то вместо металла на катоде восстанавливается (разряжается) водород , т.к. потенциал водорода намного больше. Протекает процесс восстановления молекулярного водорода из воды, при этом образуются ионы OH — , среда возле катода — щелочная:

2H2O +2ē → H2 + 2OH —

Например , при электролизе раствора хлорида натрия на катоде будет вос-станавливаться только водород из воды.

2. Если металл в соли – средней активности (между Al 3+ и Н + ) , то на катоде восстанавливается (разряжается) и металл , и водород , так как потенциал таких металлов сравним с потенциалом водорода:

Me n+ + nē → Me 0

2 H + 2O +2ē → H2 0 + 2OH —

Например , при электролизе раствора сульфата железа (II) на катоде будет восстанавливаться (разряжаться) и железо, и водород:

Fe 2+ + 2ē → Fe 0

2 H + 2O +2ē → H2 0 + 2OH —

3. Если металл в соли — неактивный (после водорода в ряду стандартных электрохимических металлов) , то ион такого металла является более сильным окислителем, чем ион водорода, и на катоде восстанавливается только металл:

Me n+ + nē → Me 0

Например, при электролизе раствора сульфата меди (II) на катоде будет восстанавливаться медь:

Cu 2+ + 2ē → Cu 0

4. Если на катод попадают катионы водорода H + , то они и восстанавливаются до молекулярного водорода:

2H + + 2ē → H2 0

Анодные процессы

Положительно заряженный анод притягивает анионы и молекулы воды. Анод – окислитель. В качестве восстановителей выступаю либо анионы кислотных остаток, либо молекулы воды (за счет кислорода в степени окисления -2: H 2 O -2 ).

При электролизе растворов солей на аноде наблюдаются следующие закономерности:

1. Если на анод попадает бескислородный кислотный остаток , то он окисляется до свободного состояния (до степени окисления 0):

неМе n- – nē = неМе 0

Например : при электролизе раствора хлорида натрия на аноде окисляют-ся хлорид-ионы:

2Cl — – 2ē = Cl2 0

Действительно, если вспомнить Периодический закон: при увеличении электроотрицательности неметалла его восстановительные свойства уменьшаются. А кислород – второй по величине электроотрицательности элемент. Таким образом, проще окислить практически любой неметалл, а не кислород. Правда, есть одно исключение . Наверное, вы уже догадались. Конечно же, это фтор. Ведь электроотрицательность фтора больше, чем у кислорода. Таким образом, при электролизе растворов фторидов окисляться будут именно молекулы воды, а не фторид-ионы :

2H2 O -2 – 4ē → O2 0 + 4H +

2. Если на анод попадает кислородсодержащий кислотный остаток, либо фторид-ион , то окислению подвергается вода с выделением молекулярно-го кислорода:

2H2 O -2 – 4ē → O2 0 + 4H +

3. Если на анод попадает гидроксид-ион, то он окисляется и происходит выделение молекулярного кислорода:

4 O -2 H – – 4ē → O2 0 + 2H2O

4. При электролизе растворов солей карбоновых кислот окислению под-вергается атом углерода карбоксильной группы, выделяется углекислый газ и соответствующий алкан.

Например , при электролизе растворов ацетатов выделяется углекислый газ и этан:

2 CH3 C +3 OO – –2ē → 2 C +4 O2+ CH3-CH3

Суммарные процессы электролиза

Рассмотрим электролиз растворов различных солей.

Например , электролиз раствора сульфата меди. На катоде восстанавливаются ионы меди:

Катод (–): Cu 2+ + 2ē → Cu 0

На аноде окисляются молекулы воды:

Анод (+): 2H2 O -2 – 4ē → O2 + 4H +

Сульфат-ионы в процессе не участвуют. Мы их запишем в итоговом уравнении с ионами водорода в виде серной кислоты:

2 Cu 2+ SO4 + 2H2 O -2 → 2 Cu 0 + 2H2SO4 + O2 0

Электролиз раствора хлорида натрия выглядит так:

На катоде восстанавливается водород:

Катод (–): 2 H + 2O +2ē → H2 0 + 2OH –

На аноде окисляются хлорид-ионы:

Анод (+): 2 Cl – – 2ē → Cl2 0

Ионы натрия в процессе электролиза не участвуют. Мы записываем их с гидроксид-анионами в суммарном уравнении электролиза раствора хлорида натрия :

2 H + 2O +2Na Cl – → H2 0 + 2NaOH + Cl2 0

Следующий пример : электролиз водного раствора карбоната калия.

На катоде восстанавливается водород из воды:

Катод (–): 2 H + 2O +2ē → H2 0 + 2OH –

На аноде окисляются молекулы воды до молекулярного кислорода:

Анод (+): 2H2 O -2 – 4ē → O2 0 + 4H +

Таким образом, при электролизе раствора карбоната калия ионы калия и карбонат-ионы в процессе не участвуют. Происходит электролиз воды:

2 H2 + O -2 → 2 H2 0 + O2 0

Еще один пример : электролиз водного раствора хлорида меди (II).

На катоде восстанавливается медь:

Катод (–): Cu 2+ + 2ē → Cu 0

На аноде окисляются хлорид-ионы до молекулярного хлора:

Анод (+): 2 Cl – – 2ē → Cl2 0

Таким образом, при электролизе раствора карбоната калия происходит электролиз воды:

Cu 2+ Cl2 – → Cu 0 + Cl2 0

Еще несколько примеров: электролиз раствора гидроксида натрия.

На катоде восстанавливается водород из воды:

Катод (–): 2 H + 2O +2ē → H2 0 + 2OH –

На аноде окисляются гидроксид-ионы до молекулярного кислорода:

Анод (+): 4 O -2 H – – 4ē → O2 0 + 2H2O

Таким образом, при электролизе раствора гидроксида натрия происходит разложение воды, катионы натрия в процессе не участвуют:

2 H2 + O -2 → 2 H2 0 + O2 0

Электролиз расплавов

При электролизе расплава на аноде окисляются анионы кислотных остатков, а на катоде восстанавливаются катионы металлов. Молекул воды в системе нет.

Например: электролиз расплава хлорида натрия. На катоде восстанавли-ваются катионы натрия:

Катод (–): Na + + ē → Na 0

На аноде окисляются анионы хлора:

Анод (+): 2 Cl – – 2ē → Cl2 0

Суммарное уравнение электролиза расплава хлорида натрия:

2 Na + Cl → 2 Na 0 + Cl2 0

Еще один пример: электролиз расплава гидроксида натрия. На катоде восстанавливаются катионы натрия:

Катод (–): Na + + ē → Na 0

На аноде окисляются гидроксид-ионы:

Анод (+): 4 OH – – 4ē → O2 0 + 2H2O

Суммарное уравнение электролиза расплава гидроксида натрия:

4 Na + OH → 4 Na 0 + O2 0 + 2H2O

Многие металлы получают в промышленности электролизом расплавов.

Например , алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплаве криолита. Криолит – Na3[AlF6] плавится при более низкой температуре (1100 о С), чем оксид алюминия (2050 о С). А оксид алюминия отлично растворяется в расплавленном криолите.

В растворе криолите оксид алюминия диссоциирует на ионы:

На катоде восстанавливаются катионы алюминия:

Катод (–): Al 3+ + 3ē → Al 0

На аноде окисляются алюминат-ионы:

Анод (+): 4Al O 3 3 – – 12ē → 2Al2O3 + 3 O2 0

Общее уравнение электролиза раствора оксида алюминия в расплаве криолита:

2 Al 2 О 3 = 4 Al 0 + 3 О 2 0

В промышленности при электролизе оксида алюминия в качестве электродов используют графитовые стержни. При этом электроды частично окисляются (сгорают) в выделяющемся кислороде:

C 0 + О2 0 = C +4 O2 -2

Электролиз с растворимыми электродами

Если материал электродов выполнен из того же металла, который присут-ствует в растворе в виде соли, или из более активного металла, то на аноде разряжаются не молекулы воды или анионы, а окисляются частицы самого металла в составе электрода.

Например , рассмотрим электролиз раствора сульфата меди (II) с медными электродами.

На катоде разряжаются ионы меди из раствора:

Катод (–): Cu 2+ + 2ē → Cu 0

На аноде окисляются частицы меди из электрода :

Анод (+): Cu 0 – 2ē → Cu 2+

Источник

Читайте также:  В раствор электролита опущена пластинка меди
Adblock
detector