Последовательность электродных процессов

При наличии нескольких видов ионов или недиссоциированных молекул электрохимически активных веществ возможно протекание нескольких электродных реакций. Рассмотрим их последовательность. Так как на катоде идет реакция восстановления, т.е. прием электронов окислителем, то в первую очередь должны реагировать наиболее сильные окислители. На катоде прежде всего протекает реакция с наиболее положительным потенциалом.

Для катодного восстановления при электролизе водного раствора электролита все окислители можно разделить на 3 группы:

а) ионы металлов, потенциал которых существенно более отрицательнее потенциала водородного электрода. К ним относятся ионы щелочных и щелочноземельных металлов, стоящих левее алюминия в ряду напряжений. В водных растворах этих металлов на катоде выделяется водород:

последовательность электродных процессов - student2.ru . Эти металлы могут быть получены электролизом расплавов солей этих металлов ( последовательность электродных процессов - student2.ru отсутствуют);

б) окислители, потенциал которых более положителен чем потенциал водородного электорда. Это ионы последовательность электродных процессов - student2.ru платиновый последовательность электродных процессов - student2.ru , кислород, галогены. В присутствии этих ионов последовательность электродных процессов - student2.ru не восстанавливается.

в) ионы, потенциал которых мало отличается от потенциала водородного электрода. Это ионы

последовательность электродных процессов - student2.ru и др., стоящие в ряду напряжений между последовательность электродных процессов - student2.ru и водородом.

При сравнении этих потенциалов последовательность электродных процессов - student2.ru и водорода можно было бы сделать вывод о невозможности выделения металла на катоде. Однако, следует учесть, что стандартный водородный потенциал относится к активности ионов водорода последовательность электродных процессов - student2.ru , т.е. рН=0. С увеличением рН потенциал водородного электрода становится отрицательнее. Например, при рН=5,0; последовательность электродных процессов - student2.ru и последовательность электродных процессов - student2.ru последовательность электродных процессов - student2.ru В то же время потенциалы металла в области, где не происходит выпадения их нерастворимых гидроксидов, от рН не зависит. Видно, что при рН=5 потенциал водородного электрода отрицательнее стандартных потенциалов последовательность электродных процессов - student2.ru Наряду с этим следует учесть, что выделение водорода на многих катодах происходит с более высокой поляризацией, чем у многих металлов. Таким образом, при некоторой плотности тока потенциал выделения водорода становится отрицательнее, чем потенциал выделения металла, поэтому на катоде может выделиться металл.

При электролизе часть количества электричества расходуется на выделение водорода, часть на выделение металла. Доля общего количества электричества (в%), которая расходуется на выделение одного из веществ, называется выходом по току этого вещества:

последовательность электродных процессов - student2.ru ,

где последовательность электродных процессов - student2.ru — выход по току последовательность электродных процессов - student2.ru -го вещества; последовательность электродных процессов - student2.ru — количество электричества, израсходованное на превращение последовательность электродных процессов - student2.ru -го вещества; последовательность электродных процессов - student2.ru — общее количество электричества, прошедшее через электрод.

Итак, с увеличением катодной поляризации растет выход по току металла, поэтому в данном случае высокое водородное перенапряжение — явление положительное. Вследствии этого из водных растворов удается выделить на катоде последовательность электродных процессов - student2.ru и др. металлы.

На катоде протекают реакции окисления восстановления, т.е. отдача электронов, поэтому в первую очередь на аноде должны реагировать наиболее сильные восстановители-вещества, имеющие наиболее отрицательный потенциал.

На аноде может протекать несколько процессов:

а) растворение металла:

последовательность электродных процессов - student2.ru

б) окисление ионов последовательность электродных процессов - student2.ru :

последовательность электродных процессов - student2.ru

в) окисление других веществ, присутствующих в растворе или около электрода,

последовательность электродных процессов - student2.ru

Если последовательность электродных процессов - student2.ru металлического анода < последовательность электродных процессов - student2.ru , то идет растворение анода (электролиз с растворимым анодом).

Если последовательность электродных процессов - student2.ru > последовательность электродных процессов - student2.ru , то протекает электролиз с нерастворимым анодом. В качестве нерастворимых анодов применяют последовательность электродных процессов - student2.ru и платиновые металлы, последовательность электродных процессов - student2.ru , графит. В этом случае идет окисления либо последовательность электродных процессов - student2.ru — ионов, или другие ионы или недиссоциированных молекул восстановителей. Если а растворе присутствует ионы последовательность электродных процессов - student2.ru , то на аноде идет их окисление до последовательность электродных процессов - student2.ru . Сначала выделяется последовательность электродных процессов - student2.ru , затем все остальные последовательность электродных процессов - student2.ru . Фтор из раствора получить нельзя, получают из расплавов фторидов. Ионы последовательность электродных процессов - student2.ru на аноде не окисляются, здесь идет выделение кислорода.

Рассмотрим электролиз водных растворов солей последовательность электродных процессов - student2.ru при последовательность электродных процессов - student2.ru ; в растворе имеем ионы последовательность электродных процессов - student2.ru .

последовательность электродных процессов - student2.ru последовательность электродных процессов - student2.ru При рН= 7,0 потенциал водородного электрода при последовательность электродных процессов - student2.ru и 250 С равен

последовательность электродных процессов - student2.ru

т.к. последовательность электродных процессов - student2.ru , то на катоде выделяется водород, на аноде -кислород. При электролизе последовательность электродных процессов - student2.ru протекают реакции по уравнениям:

последовательность электродных процессов - student2.ru

Суммарной является реакция разложения Н2О:

последовательность электродных процессов - student2.ru .

б) Раствор последовательность электродных процессов - student2.ru при последовательность электродных процессов - student2.ru и последовательность электродных процессов - student2.ru .

В растворе ионы последовательность электродных процессов - student2.ru :

последовательность электродных процессов - student2.ru последовательность электродных процессов - student2.ru

На катоде будет выделяться водород. На аноде возможно 2 реакции по уравненям:

последовательность электродных процессов - student2.ru

При последовательность электродных процессов - student2.ru последовательность электродных процессов - student2.ru

В нейтральном растворе равновесный потенциал кислородного электрода при последовательность электродных процессов - student2.ru равен

последовательность электродных процессов - student2.ru

последовательность электродных процессов - student2.ru < последовательность электродных процессов - student2.ru , однако последовательность электродных процессов - student2.ru > последовательность электродных процессов - student2.ru , поэтому при высоких плотностях тока в основном выделяется хлор. Т.е. на катоде выделяется водород, на аноде -хлор. В системе идет процесс:

последовательность электродных процессов - student2.ru .

Пример 1. Определить массу цинка, который выделится на катоде при электролизе раствора последовательность электродных процессов - student2.ru в течение 1ч. при токе 26,8 А, если выход цинка по току равен 50%.

Решение: Согласно закону Фарадея,

последовательность электродных процессов - student2.ru

последовательность электродных процессов - student2.ru — масса вещества, окисленного или восстановленного на электроде; последовательность электродных процессов - student2.ru — масса моля эквивалентов вещества; последовательность электродных процессов - student2.ru — ток; последовательность электродных процессов - student2.ru — продолжительность электролиза, с; последовательность электродных процессов - student2.ru ≈ 96 500 Кл/моль.

последовательность электродных процессов - student2.ru

последовательность электродных процессов - student2.ru

Т.к. выход по тока последовательность электродных процессов - student2.ru 50%, то последовательность электродных процессов - student2.ru .

Наши рекомендации