Хайлсан давсны электролиз

Устай амархан харьцдаг өндөр идэвхтэй металлыг (натри, хөнгөн цагаан, магни, кальци гэх мэт) олж авахын тулд хайлсан давс эсвэл ислийн электролизийг ашигладаг.

1. Хайлсан зэс (II) хлоридын электролиз.

Электродын процессыг хагас урвалаар илэрхийлж болно:

катод дээр K(-): Cu 2+ + 2e = Cu 0 - катодын бууралт

анод дээр A(+): 2Cl – - 2e = Cl 2 - анод исэлдэлт

Бодисын электрохимийн задралын ерөнхий урвал нь хоёр электродын хагас урвалын нийлбэр бөгөөд зэсийн хлоридын хувьд үүнийг тэгшитгэлээр илэрхийлнэ.

Cu 2+ + 2 Cl – = Cu + Cl 2

Шүлт ба оксо хүчлийн давсны электролизийн үед анод дээр хүчилтөрөгч ялгардаг.

4OH – - 4e = 2H 2 O + O 2

2SO 4 2– - 4e = 2SO 3 + O 2

2. Калийн хлоридын хайлмал электролиз:

Уусмалын электролиз

Электролитийн уусмал эсвэл хайлмал дахь электродууд дээр цахилгаан гүйдэл дамжин өнгөрөх урвалын цогцыг электролиз гэж нэрлэдэг.

Гүйдлийн эх үүсвэрийн "-" катод дээр уусмал эсвэл хайлмалаас электроныг катион руу шилжүүлэх процесс явагддаг тул катод нь "бууруулах бодис" юм.

"+" анод дээр электронууд нь анионуудаар дамждаг тул анод нь "исэлдүүлэгч бодис" юм.

Электролизийн үед анод болон катодын аль алинд нь өрсөлдөх процессууд үүсч болно.

Электролизийг идэвхгүй (хэрэглээний бус) анод (жишээлбэл, бал чулуу эсвэл цагаан алт) ашиглан гүйцэтгэхдээ дүрмээр бол хоёр исэлдүүлэгч, хоёр нөхөн сэргээх үйл явц:
анод дээр - анион ба гидроксидын ионуудын исэлдэлт,
катодын үед - катион ба устөрөгчийн ионуудын бууралт.

Идэвхтэй (хэрэглээний) анод ашиглан электролиз хийх үед процесс улам төвөгтэй болж, электродууд дээр өрсөлдөх урвалууд нь:
анод дээр - анион ба гидроксидын ионуудын исэлдэлт, металлын анодын уусалт - анодын материал;
катод дээр - давсны катион ба устөрөгчийн ионыг багасгах, анодыг уусгах замаар олж авсан металлын катионыг багасгах.

Анод ба катод дахь хамгийн их магадлалтай процессыг сонгохдоо хамгийн бага энерги шаардагдах урвал явагдах байр сууринаас хандах хэрэгтэй. Үүнээс гадна давсны уусмалыг электролиз хийх явцад анод, катод дахь хамгийн их магадлалтай процессыг сонгох. идэвхгүй электроддараах дүрмийг ашиглана уу.

1. Анод дээр дараах бүтээгдэхүүнүүд үүсч болно.

а) SO 4 2-, NO - 3, PO 4 3- анионууд, түүнчлэн шүлтийн уусмал агуулсан уусмалыг электролизийн үед анод дээр ус исэлдэж, хүчилтөрөгч ялгардаг;

A + 2H 2 O - 4e - = 4H + + O 2

б) Cl - , Br - , I - исэлдэлтийн үед анионууд, хлор, бром, иод тус тус ялгардаг;

A + Cl - +e - = Cl 0

2. Катод дээр дараах бүтээгдэхүүнүүд үүсч болно.

a) Al 3+-ийн зүүн талд байрлах хүчдэлийн цувралд байрлах ион агуулсан давсны уусмалын электролизийн үед катод дахь ус буурч, устөрөгч ялгардаг;

K - 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -

б) хэрэв металлын ион нь устөрөгчийн баруун талд хүчдэлийн цуваа байрладаг бол катод дээр метал ялгардаг.

K - Me n+ + ne - = Me 0

в) Al + ба H + хоорондох хүчдэлийн цувралд байрлах ионуудыг агуулсан давсны уусмалын электролизийн үед катод дахь катодын бууралт ба устөрөгчийн хувьслын өрсөлдөөнт процессууд үүсч болно.

Жишээ нь: Инерцийн электродууд дээр мөнгөний нитратын усан уусмалыг электролиз хийх

Мөнгөний нитратын диссоциаци:

AgNO 3 = Ag + + NO 3 -

AgNO 3-ийн усан уусмалын электролизийн үед катод дээр Ag + ионуудын бууралт, анод дээр усны молекулуудын исэлдэлт явагдана.

Катод: Аg + + e = А g

Анод: 2H 2 O - 4e = 4H + + O 2

Дүгнэлт тэгшитгэл: ________________________________________________

4AgNO 3 + 2H 2 O = 4Ag + 4HNO 3 + O 2

Усан уусмалын электролизийн схемийг зурах: а) зэсийн сульфат; б) магнийн хлорид; в) калийн сульфат.

Бүх тохиолдолд электролизийг нүүрстөрөгчийн электрод ашиглан гүйцэтгэдэг.

Жишээ: Зэсийн хлоридын усан уусмалыг инерт электродууд дээр электролиз хийх

Зэсийн хлоридын диссоциаци:

CuCl 2 ↔ Cu 2+ + 2Cl -

Уусмал нь Cu 2+ ба 2Cl - ионуудыг агуулдаг бөгөөд тэдгээр нь цахилгаан гүйдлийн нөлөөн дор холбогдох электродууд руу чиглэгддэг.

Катод - Cu 2+ + 2e = Cu 0

Анод + 2Cl - - 2e = Cl 2

_______________________________

CuCl 2 = Cu + Cl 2

Металл зэс нь катод дээр, хлорын хий нь анод дээр гардаг.

Хэрэв CuCl 2 уусмалын электролизийн жишээн дээр бид зэс хавтанг анод болгон авбал Cl 0 ионыг зайлуулж, хлор, исэлдэлтийн оронд исэлдэлтийн процесс явагддаг анод, катод дээр зэс ялгардаг. анодын (зэс) үүсдэг.

Энэ тохиолдолд анод өөрөө уусч, Cu 2+ ион хэлбэрээр уусмал руу ордог.

CuCl 2-ийн уусдаг анод бүхий электролизийг дараах байдлаар бичиж болно.

Уусдаг анод бүхий давсны уусмалын электролиз нь анодын материалын исэлдэлт (түүний уусалт) хүртэл буурч, металлыг анодоос катод руу шилжүүлэх замаар дагалддаг. Энэ өмч нь металыг бохирдуулагчаас цэвэршүүлэх (цэвэрлэх) ажилд өргөн хэрэглэгддэг.

Жишээ: Инерцийн электродууд дээр магнийн хлоридын усан уусмалын электролиз.

Усан уусмал дахь магнийн хлоридын диссоциаци:

MgCl 2 ↔ Mg 2+ +2Сl -

Усан уусмалд магнийн ионыг багасгах боломжгүй (усыг багасгаж байна), хлоридын ионууд исэлддэг.

Электролизийн схем:

Жишээ нь: Зэсийн сульфатын усан уусмалыг инертийн электродууд дээр электролиз хийх

Уусмал дахь зэсийн сульфат нь ион болгон задалдаг.

CuSO 4 = Cu 2+ + SO 4 2-

Усан уусмалд зэсийн ионыг катодоор багасгаж болно.

Усан уусмал дахь сульфатын ионууд исэлддэггүй тул анод дээр усны исэлдэлт үүснэ.

Электролизийн схем:

Идэвхтэй металлын давс ба хүчилтөрөгч агуулсан хүчил (K 2 SO 4) -ийн усан уусмалыг инерт электродууд дээр электролиз хийх.

Жишээ нь: Усан уусмал дахь калийн сульфатын диссоциаци:

K 2 SO 4 = 2K + + SO 4 2-

Калийн ионууд ба сульфатын ионууд нь усан уусмал дахь электродуудад ялгарах боломжгүй тул катод дээр бууралт, анод дээр усны исэлдэлт үүснэ.

Электролизийн схем:

эсвэл 4H + + 4OH - = 4H 2 O (хутгах замаар гүйцэтгэнэ)

H2O2H2+O2

Хэрэв та алгасах юм бол цахилгаандамжуулан усны уусмалидэвхтэй металлын давс ба хүчилтөрөгч агуулсан хүчил, дараа нь металлын катионууд болон хүчлийн үлдэгдлийн ионуудын аль нь ч ялгардаггүй.

Катод дээр устөрөгч, анод дээр хүчилтөрөгч ялгарч, электролиз нь усны электролитийн задрал хүртэл буурдаг.

Натрийн гидроксидын хайлмал электролиз

Усны электролиз нь идэвхгүй электролитийн дэргэд үргэлж явагддаг (маш сул электролитийн цахилгаан дамжуулах чанарыг нэмэгдүүлэхийн тулд - ус):

Фарадейгийн хууль

Цахилгаан гүйдлийн нөлөөн дор үүссэн бодисын хэмжээ цаг хугацаа, гүйдлийн хүч, электролитийн шинж чанараас хамаарах хамаарлыг Фарадейгийн ерөнхий хуулийн үндсэн дээр тогтоож болно.

энд m - электролизийн явцад үүссэн бодисын масс (г);

E нь бодисын эквивалент масс (г / моль);

M нь бодисын молийн масс (г / моль);

n - өгөгдсөн буюу хүлээн авсан электронуудын тоо;

I - одоогийн хүч (A); t - үйл явцын үргэлжлэх хугацаа (ууд);

F нь 1 эквивалент масс (F = 96,500 С/моль = 26,8 Ах/моль) ялгаруулахад шаардагдах цахилгааны хэмжээг тодорхойлдог Фарадей тогтмол юм.

Органик бус нэгдлүүдийн гидролиз

Давсны ионуудын устай харилцан үйлчлэлцэж, сул электролитийн молекул үүсэхийг давсны гидролиз гэж нэрлэдэг.

Хэрэв бид давсыг суурийг хүчилээр саармагжуулах бүтээгдэхүүн гэж үзвэл давсыг дөрвөн бүлэгт хувааж болох бөгөөд тус бүр нь гидролиз нь өөрийн замаар явагдана.

1. Хүчтэй суурь ба хүчтэй хүчил KBr, NaCl, NaNO 3)-аас үүссэн давс нь гидролизд орохгүй, учир нь энэ тохиолдолд сул электролитбүрдээгүй. Хүрээлэн буй орчны хариу үйлдэл нь төвийг сахисан хэвээр байна.

2. Сул суурь ба хүчтэй хүчил FeCl 2, NH 4 Cl, Al 2 (SO 4) 3, MgSO 4) -аас үүссэн давсанд катион нь гидролизд ордог.

FeCl 2 + HOH → Fe(OH)Cl + HCl

Fe 2+ + 2Cl - + H + + OH - → FeOH + + 2Cl - + H +

Гидролизийн үр дүнд сул электролит, H + ион болон бусад ионууд үүсдэг. уусмалын рН< 7 (раствор приобретает кислую реакцию).

3. Хүчтэй суурь ба сул хүчлээс үүссэн давс (KClO, K 2 SiO 3, Na 2 CO 3, CH 3 COONa) анион дээр гидролиз явагдаж, сул электролит, гидроксидын ион болон бусад ионууд үүсдэг. .

K 2 SiO 3 + HOH → KHSiO 3 + KOH

2K + +SiO 3 2- + H + + OH - → HSiO 3 - + 2K + + OH -

Ийм уусмалын рН нь > 7 (уусмал шүлтлэг болдог).

4. Сул суурь ба сул хүчлээс үүссэн давс (CH 3 COONH 4, (NH 4) 2 CO 3, Al 2 S 3) нь катион ба анион хоёулаа гидролиз болдог. Үүний үр дүнд бага зэрэг салангид суурь ба хүчил үүсдэг. Ийм давсны уусмалын рН нь хүчил ба суурийн харьцангуй хүчээс хамаарна.

Сул хүчил ба хүчтэй суурийн давсны гидролизийн урвалын тэгшитгэл бичих алгоритм

Давсны гидролизийн хэд хэдэн сонголт байдаг.

1. Сул хүчил ба хүчтэй суурийн давсны гидролиз: (CH 3 COONa, KCN, Na 2 CO 3).

Жишээ 1. Натрийн ацетатын гидролиз.

эсвэл CH 3 COO – + Na + + H 2 O ↔ CH 3 COOH + Na + + OH –

CH 3 COO – + H 2 O ↔ CH 3 COOH + OH –

Учир нь Цууны хүчилсул диссоциаци, ацетат ион нь H + ионыг холбож, усны диссоциацийн тэнцвэрт байдал нь Ле Шательегийн зарчмын дагуу баруун тийш шилждэг.

OH - ионууд уусмалд хуримтлагдана (рН >7)

Хэрэв давс нь олон суурьт хүчлээр үүсгэгддэг бол гидролиз нь үе шаттайгаар явагддаг.

Жишээлбэл, карбонатын гидролиз: Na 2 CO 3

I шат: CO 3 2– + H 2 O ↔ HCO 3 – + OH –

II шат: HCO 3 – + H 2 O ↔ H 2 CO 3 + OH –

Na 2 CO 3 + H 2 O = NaHCO 3 + NaOH

Ихэвчлэн зөвхөн эхний шатанд тохиолддог процесс нь практик ач холбогдолтой байдаг бөгөөд энэ нь дүрмээр бол давсны гидролизийг үнэлэхэд л хязгаарлагддаг.

Хоёр дахь үе шат дахь гидролизийн тэнцвэр нь эхний үе шатны тэнцвэртэй харьцуулахад зүүн тийш мэдэгдэхүйц шилжсэн, учир нь эхний шатанд хоёр дахь үетэй харьцуулахад сул электролит (HCO 3 -) үүсдэг (H 2 CO 3).

Жишээ 2. Рубидиум ортофосфатын гидролиз.

1. Гидролизийн төрлийг тодорхойлно уу.

Rb 3 PO 4 ↔ 3Rb + + П.О. 4 3–

Рубиди - шүлтлэг металл, түүний гидроксид нь хүчтэй суурь, фосфорын хүчил, ялангуяа диссоциацийн гурав дахь үе шатанд фосфат үүсэхэд тохирсон, сул хүчил юм.

Гидролиз нь анион дээр явагддаг.

PO 3- 4 + H–OH ↔ HPO 2- 4 + OH – .

Бүтээгдэхүүн нь гидрофосфат ба гидроксидын ионууд, орчин нь шүлтлэг байдаг.

3. Зохиох молекулын тэгшитгэл:

Rb 3 PO 4 + H 2 O ↔ Rb 2 HPO 4 + RbOH.

Бид хүчиллэг давс авсан - рубидиум устөрөгчийн фосфат.

Хүчтэй хүчил ба сул суурийн давсны гидролизийн урвалын тэгшитгэл бичих алгоритм

2. Давсны гидролиз хүчтэй хүчилба сул суурь: NH 4 NO 3, AlCl 3, Fe 2 (SO 4) 3.

Жишээ 1. Аммонийн нитратын гидролиз.

NH 4 + + NO 3 – + H 2 O ↔ NH 4 OH + NO 3 – + H +

NH 4 + + H 2 O ↔ NH 4 OH + H +

Үржүүлсэн цэнэгтэй катионын хувьд гидролиз нь үе шаттайгаар явагддаг, жишээлбэл:

I шат: Cu 2+ + HOH ↔ CuOH + + H +

II шат: CuOH + + HOH ↔ Cu(OH) 2 + H +

CuCl 2 + H 2 O = CuOHCl + HCl

Энэ тохиолдолд уусмал дахь устөрөгчийн ионы концентраци ба орчны рН-ийг голчлон гидролизийн эхний үе шатаар тодорхойлно.

Жишээ 2. Зэс(II) сульфатын гидролиз

1. Гидролизийн төрлийг тодорхойлох. Энэ үе шатанд давсны диссоциацийн тэгшитгэлийг бичих шаардлагатай.

CuSO 4 ↔ Cu 2+ + SO 2- 4.

Давс нь сул суурийн катион (бид онцлон тэмдэглэж байна) ба хүчтэй хүчлийн анионоос үүсдэг. Катионы гидролиз үүсдэг.

2. Бичих ионы тэгшитгэлгидролиз, орчныг тодорхойлох:

Cu 2+ + H-OH ↔ CuOH + + H + .

Гидроксикоппер (II) катион ба устөрөгчийн ион үүсдэг бөгөөд орчин нь хүчиллэг байдаг.

3. Молекулын тэгшитгэл зохио.

Ийм тэгшитгэлийн эмхэтгэлд зарим нь байгааг анхаарч үзэх хэрэгтэй албан ёсны асуудал. Эерэг болон сөрөг хэсгүүд, уусмалд бид зөвхөн цаасан дээр байдаг төвийг сахисан хэсгүүдийг бүрдүүлдэг. IN энэ тохиолдолдБид (CuOH) 2 SO 4 томъёог үүсгэж болох боловч үүнийг хийхийн тулд ионы тэгшитгэлээ хоёроор үржүүлэх хэрэгтэй.

Бид авах:

2CuSO 4 + 2H 2 O ↔ (CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4.

Урвалын бүтээгдэхүүн нь үндсэн давсны бүлэгт хамаардаг болохыг анхаарна уу. Үндсэн давсны нэрс, түүнчлэн завсрын нэрс нь анион ба катионуудын нэрсээс бүрдэх ёстой, энэ тохиолдолд бид давсыг "гидроксикоппер (II) сульфат" гэж нэрлэнэ.

Сул хүчил ба сул суурийн давсны гидролизийн урвалын тэгшитгэл бичих алгоритм

3. Сул хүчил ба сул суурийн давсны гидролиз:

Жишээ 1. Аммонийн ацетатын гидролиз.

CH 3 COO – + NH 4 + + H 2 O ↔ CH 3 COOH + NH 4 OH

Энэ тохиолдолд бага зэрэг салангид хоёр нэгдэл үүсэх ба уусмалын рН нь хүчил ба суурийн харьцангуй хүчээс хамаарна.

Хэрэв гидролизийн бүтээгдэхүүнийг уусмалаас гаргаж авах боломжтой бол жишээлбэл, тунадас хэлбэрээр эсвэл хийн бодис, дараа нь гидролиз дуусна.

Жишээ 2. Хөнгөн цагааны сульфидын гидролиз.

Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

2А l 3+ + 3 S 2- + 6Н 2 О = 2Аl(ОН) 3 (тундас) + ЗН 2 S (хий)

Жишээ 3 Хөнгөн цагааны ацетатын гидролиз

1. Гидролизийн төрлийг тодорхойлно уу.

Al(CH 3 COO) 3 = Ал 3+ + 3CH 3 COO – .

Давс нь сул суурийн катион ба сул хүчлийн анионоос үүсдэг.

2. Бид ионы гидролизийн тэгшитгэлийг бичиж, орчинг тодорхойлно.

Al 3+ + H–OH ↔ AlOH 2+ + H + ,

CH 3 COO – + H–OH ↔ CH 3 COOH + OH – .

Хөнгөн цагааны гидроксид нь маш сул суурь гэдгийг харгалзан катионын гидролиз нь дараах байдлаар явагдана гэж бид үзэж байна. илүү их хэмжээгээр, анионоос илүү. Үүний үр дүнд уусмал дахь устөрөгчийн ион илүүдэл байх ба орчин нь хүчиллэг байх болно.

Энд урвалын хураангуй тэгшитгэлийг бий болгох гэж оролдох нь утгагүй юм. Хоёр урвал нь буцах боломжтой, хоорондоо ямар ч холбоогүй бөгөөд ийм нийлбэр нь утгагүй юм.

3. Молекулын тэгшитгэлийг хийцгээе:

Al(CH 3 COO) 3 + H 2 O = AlOH(CH 3 COO) 2 + CH 3 COOH.

Энэ нь мөн давсны томъёо, тэдгээрийн нэр томъёог боловсруулахад зориулсан албан ёсны дасгал юм. Үүссэн давсыг гидроксоалюминий ацетат гэж нэрлэе.

Хүчтэй хүчил ба хүчтэй суурийн давсны гидролизийн урвалын тэгшитгэл бичих алгоритм

4. Хүчтэй хүчил ба хүчтэй суурийн нөлөөгөөр үүссэн давс нь гидролизд ордоггүй, учир нь цорын ганц сул диссоциацийн нэгдэл бол H 2 O юм.

Хүчтэй хүчил ба хүчтэй суурийн давс нь гидролизд ордоггүй бөгөөд уусмал нь төвийг сахисан байдаг.

Уусмал эсвэл хайлсан электролитэд дүрсэн электродууд дээр цахилгаан гүйдлийн нөлөөн дор урсдаг.

Хоёр төрлийн электрод байдаг.

Анод исэлдэлт.

катод- энэ нь тохиолддог электрод юм сэргээх. Анионууд нь анод руу чиглэдэг, учир нь энэ нь байдаг эерэг цэнэг. Катионууд нь катод руу чиглэдэг, учир нь энэ нь сөрөг цэнэгтэй бөгөөд физикийн хуулиудын дагуу цэнэгүүдээс ялгаатай нь татагддаг. Аль ч тохиолдолд цахилгаан химийн процессхоёулаа электродууд байдаг. Электролиз хийдэг төхөөрөмжийг электролизер гэж нэрлэдэг. Цагаан будаа. 1.

I. Хайлмал электролитийн электролизийн явцад тохиолддог процессууд

Хайлмал дахь электролитууд нь ионуудад хуваагддаг. Энэ нь электролитийн дулааны диссоциаци юм. Цахилгаан гүйдэл дамжих үед катодууд нь катодоос электрон хүлээн авдаг тул тэдгээр нь багасдаг. Хүчлийн үлдэгдэл болон гидроксидын анионууд нь катодод электроноо өгөхдөө исэлддэг.

Жишээ №1. Натрийн хлоридын хайлмал электролиз

Натрийн хлоридын дулааны диссоциаци нь натри, хлорын ионуудыг үүсгэдэг.

NaCl → Na+ + Cl−

2 Na+ + 2 e− → 2 Na

Анод дээр хлор ялгардаг:

2 Cl− − 2 e− → Cl2

2 Na+ + 2 Cl− → 2 Na0 + Cl02

Нийт хариу үйлдэл:

2 NaCl 2 Na + Cl2

Жишээ №2. Калийн гидроксидын хайлмал электролиз

Калийн гидроксид задрахад калийн ион ба гидроксидын ионууд үүсдэг.

KOH → K+ + OH−

Кали нь катодоор ялгардаг:

K+ + 1 e− → K

Анод дээр хүчилтөрөгч ба ус ялгардаг.

4OH− − 4 e− → O2 + 2H2O

4K+ + 4OH− → 4 K0 + O2 + 2H2O

Нийт хариу үйлдэл:

4KON 4 K0 + O2 + 2H2O

Жишээ №3. Натрийн сульфатын хайлмал электролиз

Хайлсан натрийн сульфат задрахад натрийн ион ба сульфатын ионууд үүсдэг.

Na2SO4 → 2Na+ + SO42−

Натри нь катодоор ялгардаг:

Na+ + 1 e− → Na

Анод дээр хүчилтөрөгч ба хүхрийн исэл (VI) ялгардаг.

2SO42− − 4 e− → 2SO3 +O2

Нийт ионы урвалын тэгшитгэл (катодын процессын тэгшитгэлийг 4-р үржүүлсэн)

4 Na+ + 2SO42− → 4 Na 0 + 2SO3 +O2

Нийт хариу үйлдэл:

4 Na2SO44 Na 0 + 2SO3 +O2

Хайлмал электролитийн электролизийн хэв маяг

1. Хайлсан шүлт ба давсны электролизийн үед катод дээр металл хуримтлагддаг.

2. Хүчилтөрөгчгүй хүчлүүдийн анионууд нь анод дээр исэлдэж, харгалзах нэгдэл, жишээлбэл, хлоридын анионууд нь хлор үүсгэдэг.

3. Хүчилтөрөгч агуулсан хүчлүүдийн анионууд нь харгалзах исэл ба хүчилтөрөгчийг үүсгэдэг.

II. Электролитийн уусмалын электролизийн явцад үүсэх процессууд

Электролитийн уусмалыг электролиз хийх үед бидний сонирхож буй нэгдлүүдээс гадна электролиз хийх боломжтой ус бас байдаг. Тиймээс нэгдлийн бүтцэд үндэслэн электролиз нь давсны ион эсвэл усаар явагддаг.

Катод дахь процессууд

1. Хөнгөнцагаан хүртэлх хүчдэлийн мужид байгаа идэвхтэй металлын катионууд катод дээр ялгардаггүй. Зураг үзнэ үү. 2. Энэ тохиолдолд зөвхөн усны нөхөн сэргэлт үүсдэг.

2H2O+2 e− → H2 + 2OH−

2. Хөнгөн цагаанаас устөрөгч хүртэлх хүчдэлийн мужид байрлах металлын катионууд нь усны молекулуудтай нэгэн зэрэг янз бүрийн хэмжээгээр ялгардаг. Энэ тохиолдолд дараах үйл явц нэгэн зэрэг явагдана.

2H2O+2 e− → H2 + 2OH−

3. Хэрэв уусмалд устөрөгчийн дараа хүчдэлийн цувралд байрлах металлын катионууд байвал катод дээр юуны өмнө эдгээр металлын катионууд буурдаг. Эрэгтэй++ үгүй- →Би

Анод дээр явагдаж буй процессууд

Хоёр төрлийн анод байдаг: идэвхгүй ба идэвхтэй. Идэвхгүй анод нь электролизийн (Pt) үед материал нь исэлддэггүй анод юм. Идэвхтэй анод нь электролизийн явцад исэлддэг анод юм. Жишээлбэл, бал чулуу.

Идэвхгүй анод бүхий электролиз

Зарим хүчилтөрөгчгүй хүчлүүдийн анионууд Cl-, Br-, I-, S2 ба гидроксидын ионууд OH - анодын процесст оролцох боломжтой (зөвхөн эдгээр анионууд ялгардаг), жишээлбэл:

2Br- - 2е- →Br2; 4OH− − 4 e− → O2 +2H2O (шүлтлэг орчинд)

Хэрэв уусмалд F-, SO2-4, NO-3, PO43-, CO32- болон бусад анионууд байгаа бол зөвхөн ус исэлдэлтэнд ордог.

2H2O - 4 e− → O2 + 4H+ (саармаг ба хүчиллэг орчинд)

Идэвхтэй анод бүхий электролиз

Идэвхтэй анодын хувьд өрсөлдөх исэлдэлтийн процессын тоо гурав хүртэл нэмэгддэг.

Анодын материалын цахилгаан химийн исэлдэлт

Усны исэлдэлт нь хүчилтөрөгч ялгаруулдаг

Ууссан нэгдлийн анионуудын исэлдэлт

Ийм үйл явцыг бичих нь дээд боловсролд тооцогддог.

Зарим бодисын уусмалын электролизийн жишээг өгье.

Жишээ №1. Натрийн хлоридын уусмалын электролиз

Натрийн хлорид задрахад натри, хлорын ионууд үүсдэг.

NaCl → Na+ + Cl−

Катодын процесс:

2H2O+2 e− → H2 + 2OH−

Анод процесс:

2 Cl− − 2 e− → Cl2

Нийт ионы урвалын тэгшитгэл

2H2O + 2 Cl− → H2 + 2OH−+ Cl02

Нийт хариу үйлдэл:

2H2O +2 NaCl 2NaOH + Cl2 + H2

Энэ урвал нь натрийн гидроксид ба хлорыг үүсгэдэг.

Жишээ №2. Зэсийн сульфатын уусмалын электролиз (II).

Катод дээр зэс ялгардаг:

Сu2+ + 2 e− → Cu0

Анод дээр хүчилтөрөгч ялгардаг

2H2O - 4 e− → O2 + 4H+

Нийт ионы урвалын тэгшитгэл (катодын процессын тэгшитгэлийг 2-оор үржүүлсэн)

2Сu2+ + 2Н2О → 2 Cu0+ О2 + 4Н+

Нийт хариу үйлдэл:

2CuSO4 + 2H2O 2Cu 0+O2+ 2H2SO4

Жишээ №3. Калийн нитратын уусмалын электролиз

Калийн нитрат задрахад калийн ион ба нитратын ионууд үүсдэг.

KNO3 → K+ + NO3−

Катодын процесс:

2H2O+2 e− → H2 + 2OH−

Анод процесс:

2H2O - 4 e− → O2 + 4H+

Нийт ионы урвалын тэгшитгэл (катодын процессын тэгшитгэлийг 2-оор үржүүлсэн)

2H2O O2 +2H2

Энэ бол устөрөгч үйлдвэрлэх аргуудын нэг юм.

Электролизийг химийн, металлурги, шаардлагатай хэлбэрийн эд анги үйлдвэрлэх, металлыг цахилгаан химийн бүрэх зэрэг олон салбарт ашигладаг.

Эх сурвалжууд

http://www.youtube.com/watch?t=4&v=-ROZ0KU5ncM

http://www.youtube.com/watch?t=2&v=LtuAF1BL97U

хураангуй http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/11-klass

танилцуулгын эх сурвалж - http://ppt4web.ru/khimija/ehlektroliz5.html

дэлгэц амраагч http://www.youtube.com/watch?t=63&v=EVEIC4Z6xuQ

ЭЛЕКТРОЛИЗ

Металл үйлдвэрлэх аргуудын нэг бол электролиз юм. Идэвхтэй металлууд байгальд зөвхөн хэлбэрээр байдаг химийн нэгдлүүд. Эдгээр нэгдлүүдийг чөлөөт төлөвт хэрхэн тусгаарлах вэ?

Электролитийн уусмал ба хайлмал нь цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг. Гэсэн хэдий ч электролитийн уусмалаар гүйдэл дамжих үед химийн урвал үүсч болно. Хоёр металл хавтанг электролитийн уусмал эсвэл хайлмалд хийж, тус бүр нь одоогийн эх үүсвэрийн аль нэг туйлтай холбогдсон бол юу болохыг авч үзье. Эдгээр хавтанг электрод гэж нэрлэдэг. Цахилгаан гүйдэл нь электронуудын хөдөлгөөнт урсгал юм. IN үүний үр дүндХэлхээн дэх электронууд нэг электродоос нөгөөд шилжих үед нэг электрод дээр илүүдэл электронууд гарч ирдэг. Электронууд сөрөг цэнэгтэй тул энэ электрод сөрөг цэнэгтэй байдаг. Үүнийг катод гэж нэрлэдэг. Нөгөө электрод дээр электроны дутагдал үүсч, эерэг цэнэгтэй болдог. Энэ электродыг анод гэж нэрлэдэг. Уусмал эсвэл хайлмал дахь электролит нь эерэг цэнэгтэй ионууд - катионууд ба сөрөг цэнэгтэй ионууд - анионууд болж хуваагддаг. Катионууд сөрөг цэнэгтэй электрод - катод руу татагддаг. Анионууд эерэг цэнэгтэй электрод - анод руу татагддаг. Электродуудын гадаргуу дээр ион ба электронуудын харилцан үйлчлэл үүсч болно.

Электролиз гэдэг нь электролитийн уусмал эсвэл хайлмалаар цахилгаан гүйдэл дамжих үед үүсдэг процессыг хэлнэ.

Уусмал ба электролитийн хайлмал электролизийн явцад тохиолддог процессууд нь огт өөр юм. Эдгээр тохиолдлуудыг хоёуланг нь нарийвчлан авч үзье.

Хайлмалуудын электролиз

Жишээлбэл, натрийн хлоридын хайлмал электролизийг авч үзье. Хайлмал дахь натрийн хлорид нь ион болгон задалдаг Na+
ба Cl - : NaCl = Na + + Cl -

Натрийн катионууд нь сөрөг цэнэгтэй электрод - катодын гадаргуу руу шилждэг. Катодын гадаргуу дээр илүүдэл электронууд байдаг. Тиймээс электронууд электродын гадаргуугаас натрийн ион руу шилждэг. Энэ тохиолдолд ионууд Na+ натрийн атом болж хувирдаг, өөрөөр хэлбэл катионууд нь багасдаг Na+ . Процессын тэгшитгэл:

Na + + e - = Na

Хлоридын ионууд Cl - эерэг цэнэгтэй электродын гадаргуу руу шилжих - анод. Анодын гадаргуу дээр электрон дутагдал үүсч, анионуудаас электронууд шилждэг Cl- электродын гадаргуу дээр. Үүний зэрэгцээ сөрөг цэнэгтэй ионууд Cl- нь хлорын атом болж хувирдаг бөгөөд тэдгээр нь нэн даруй нэгдэж хлорын молекул С үүсгэдэгл 2:

2С l - -2е - = Cl 2

Хлоридын ионууд электроноо алддаг, өөрөөр хэлбэл исэлддэг.

Хамтдаа бичлэг хийцгээе процессын тэгшитгэл, катод ба анод дээр үүсдэг

Na + + e - = Na

2 C l - -2 e - = Cl 2

Нэг электрон нь натрийн катионыг багасгахад, 2 электрон хлорын ионыг исэлдүүлэхэд оролцдог. Гэсэн хэдий ч цахилгаан цэнэгийн хадгалалтын хуулийг дагаж мөрдөх ёстой, өөрөөр хэлбэл уусмал дахь бүх бөөмийн нийт цэнэг тогтмол байх ёстой. электронуудын тоо, натрийн катионыг багасгахад оролцдог нь хлоридын ионуудын исэлдэлтэнд оролцдог электронуудын тоотой тэнцүү байх ёстой. Тиймээс бид эхний тэгшитгэлийг 2-оор үржүүлнэ.

Na + + e - = Na 2

2С l - -2е - = Cl 2 1

Хоёр тэгшитгэлийг хамтад нь нэмээд ерөнхий урвалын тэгшитгэлийг гаргая.

2 Na + + 2С l - = 2 Na + Cl 2 (ионы урвалын тэгшитгэл), эсвэл

2 NaCl = 2 Na + Cl 2 (молекулын урвалын тэгшитгэл)

Тиймээс авч үзсэн жишээн дээр бид электролиз нь исэлдэлтийн урвал гэдгийг харж байна. Эерэг цэнэглэгдсэн ионуудын бууралт катодод, сөрөг цэнэгтэй ионууд - анионуудын исэлдэлт нь анод дээр явагддаг. "T дүрэм" -ийг ашиглах үед ямар процесс явагддагийг санаж болно:

катод - катион - бууралт.

Жишээ 2.Хайлсан натрийн гидроксидын электролиз.

Уусмал дахь натрийн гидроксид нь катион ба гидроксидын ион болгон задалдаг.

Катод (-)<-- Na + + OH - à Анод (+)

Катодын гадаргуу дээр натрийн катионууд буурч, натрийн атомууд үүсдэг.

катод (-) Na + +e à Na

Анодын гадаргуу дээр гидроксидын ионууд исэлдэж, хүчилтөрөгч ялгарч, усны молекулууд үүсдэг.

катод (-) Na + + e à Na

анод (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2

Натрийн катионыг багасгах урвал болон гидроксидын ионуудын исэлдэлтийн урвалд оролцох электронуудын тоо ижил байх ёстой. Тиймээс эхний тэгшитгэлийг 4-өөр үржүүлье.

катод (-) Na + + e à Na 4

анод (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2 1

Хоёр тэгшитгэлийг нэмээд электролизийн урвалын тэгшитгэлийг олъё.

4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2

Жишээ 3.Хайлмалын электролизийг авч үзье Al2O3

Энэхүү урвалыг ашиглан хөнгөн цагааныг маш их хөнгөн цагаан исэл агуулсан байгалийн нэгдэл болох бокситоос гаргаж авдаг. Хөнгөн цагааны ислийн хайлах цэг нь маш өндөр (2000ºС-ээс дээш) тул хайлах цэгийг 800-900ºС хүртэл бууруулахын тулд түүнд тусгай нэмэлтүүд нэмдэг. Хайлмал дахь хөнгөн цагаан исэл нь ион болон хуваагддаг. Al 3+ ба O 2- . Х катод дээр катионууд буурдагАль 3+ , хөнгөн цагаан атом болж хувирах:

Al +3 e à Al

Анионууд нь анод дээр исэлддэг O2- , хүчилтөрөгчийн атом болж хувирдаг. Хүчилтөрөгчийн атомууд нэн даруй O2 молекулуудад нэгддэг.

2 O 2- – 4 e à O 2

Хөнгөн цагааны катионыг багасгах, хүчилтөрөгчийн ионыг исэлдүүлэх процесст оролцож буй электронуудын тоо тэнцүү байх ёстой тул эхний тэгшитгэлийг 4, хоёр дахь тэгшитгэлийг 3-аар үржүүлье.

Al 3+ +3 e à Al 0 4

2 O 2- – 4 e à O 2 3

Хоёр тэгшитгэлийг нэмээд олж авъя

4 Al 3+ + 6 O 2- à 4 Al 0 +3 O 2 0 (ионы урвалын тэгшитгэл)

2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2

Уусмалын электролиз

Усан электролитийн уусмалаар цахилгаан гүйдэл дамжуулах тохиолдолд уусмал нь усны молекулуудыг агуулдаг тул электронуудтай харилцан үйлчлэлцэж чаддаг тул асуудал төвөгтэй байдаг. Усны молекул дахь устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн атомууд нь туйлын ковалент холбоогоор холбогддог гэдгийг санаарай. Хүчилтөрөгчийн электрон сөрөг чанар нь устөрөгчийнхээс их байдаг тул хуваалцсан электрон хосууд нь хүчилтөрөгчийн атом руу чиглэсэн байдаг. Хүчилтөрөгчийн атом дээр хэсэгчилсэн сөрөг цэнэг, үүнийг δ- гэж тэмдэглэсэн бөгөөд устөрөгчийн атомууд дээр хэсэгчилсэн эерэг цэнэг байдаг бөгөөд үүнийг δ+ гэж тэмдэглэнэ.

δ+

Үгүй δ-

│

H δ+

Энэ цэнэгийн шилжилтийн улмаас усны молекул эерэг ба сөрөг "туйл"-тай байдаг. Тиймээс усны молекулууд эерэг цэнэгтэй туйлаар сөрөг цэнэгтэй электрод - катод, сөрөг туйл нь эерэг цэнэгтэй электрод - анод руу татагдаж болно. Катодын үед усны молекулын бууралт үүсч, устөрөгч ялгардаг.

Анод дээр усны молекулуудын исэлдэлт үүсч, хүчилтөрөгч ялгаруулж болно.

2 H 2 O - 4e - = 4H + + O 2

Тиймээс катодын электролитийн катионууд эсвэл усны молекулуудын аль нэгийг багасгаж болно. Энэ хоёр үйл явц хоорондоо өрсөлдөж байх шиг байна. Катод дээр яг ямар процесс явагдах нь металлын шинж чанараас хамаарна. Металлын катионууд эсвэл усны молекулууд катод дээр буурах эсэх нь металлын байрлалаас хамаарна. металлын стрессийн хүрээ .

Li K Na Ca Mg Al ¦¦ Zn Fe Ni Sn Pb (H 2) ¦¦ Cu Hg Ag Au

Хэрэв метал нь устөрөгчийн баруун талд хүчдэлийн цуваатай байвал катод дахь металлын катионууд буурч, чөлөөт металл ялгардаг. Хэрэв метал нь хөнгөн цагааны зүүн талд хүчдэлийн цуваатай байвал катод дахь усны молекулууд буурч, устөрөгч ялгардаг. Эцэст нь цайраас хар тугалга хүртэлх металлын катионуудын хувьд металлын хувьсал эсвэл устөрөгчийн хувьсал үүсч, заримдаа устөрөгч ба металлын хувьсал нэгэн зэрэг тохиолдож болно. Ерөнхийдөө энэ нь нэлээд төвөгтэй тохиолдол бөгөөд урвалын нөхцлөөс ихээхэн хамаардаг: уусмалын концентраци, цахилгаан гүйдэл болон бусад.

Хоёр процессын аль нэг нь анод дээр тохиолдож болно - электролитийн анионуудын исэлдэлт эсвэл усны молекулуудын исэлдэлт. Ямар процесс явагдах нь анионы шинж чанараас хамаарна. Хүчилтөрөгчгүй хүчил эсвэл хүчлүүдийн давсны электролизийн явцад анионууд нь анод дээр исэлддэг. Цорын ганц үл хамаарах зүйл бол фторын ион юм F- . Хүчилтөрөгч агуулсан хүчлүүдийн хувьд усны молекулууд анод дээр исэлдэж, хүчилтөрөгч ялгардаг.

Жишээ 1.Натрийн хлоридын усан уусмалын электролизийг авч үзье.

Натрийн хлоридын усан уусмал нь натрийн катионуудыг агуулна Na +, хлорын анионууд Cl - ба усны молекулууд.

2 NaCl à 2 Na + + 2 Cl -

2H 2 O à 2 H + + 2 OH -

катод (-) 2 Na +; 2H+; 2Н + + 2е à Н 0 2

анод (+) 2 Cl - ; 2 OH -; 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0

2NaCl + 2H 2 O à H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Химийн үйл ажиллагаа анионууд магадлал багатай буурдаг.

Жишээ 2.Мөн давс агуулсан бол SO 4 2- ? Никелийн сульфатын уусмалын электролизийг авч үзье. II ). Никелийн сульфат ( II ) ион болгон задалдаг Ni 2+ ба SO 4 2-:

NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-

H 2 O à H + + OH -

Никелийн катионууд нь металлын ионуудын хооронд байрладаг Al 3+ ба Pb 2+ , хүчдэлийн цувралд дунд байр суурь эзэлдэг, катод дахь нөхөн сэргээх үйл явц нь хоёр схемийн дагуу явагддаг.

2 H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -

Хүчилтөрөгч агуулсан хүчлүүдийн анионууд нь анод дээр исэлддэггүй ( анионы үйл ажиллагааны цуврал ), усны молекулуудын исэлдэлт үүсдэг:

анод e à O 2 + 4H +

Катод ба анод дахь процессуудын тэгшитгэлийг хамтдаа бичье.

катод (-) Ni 2+ ; H+; Ni 2+ + 2е à Ni 0

2 H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -

анод (+) SO 4 2- ; OH - ;2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H +

4 электрон нь ангижруулах процесст, 4 электрон нь исэлдэлтийн процесст мөн оролцдог. Эдгээр тэгшитгэлийг нэгтгэж, ерөнхий урвалын тэгшитгэлийг гаргацгаая.

Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + 2OH - + O 2 + 4 H +

Тэгшитгэлийн баруун талд H + ба хоёулаа байнаӨө- , усны молекул үүсгэхийн тулд:

H + + OH - à H 2 O

Тиймээс тэгшитгэлийн баруун талд 4 H + ион ба 2 ионы орондӨө- Усны 2 молекул ба 2 H + ионыг бичье.

Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 +2 H 2 O + O 2 + 2 H +

Тэгшитгэлийн хоёр талд хоёр усны молекулыг багасгая:

Ni 2+ +2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2 H +

Энэ бол богино ионы тэгшитгэл юм. Бүрэн ионы тэгшитгэлийг авахын тулд та хоёр талдаа сульфатын ион нэмэх хэрэгтэй SO 4 2- , никель сульфатын задралын явцад үүссэн ( II ) болон урвалд оролцдоггүй:

Ni 2+ + SO 4 2- +2H 2 O à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2H + + SO 4 2-

Тиймээс никель сульфатын уусмалын электролизийн явцад ( II ) катод дээр устөрөгч, никель, анод дээр хүчилтөрөгч ялгардаг.

NiSO 4 + 2H 2 O à Ni + H 2 + H 2 SO 4 + O 2

Жишээ 3. Натрийн сульфатын усан уусмалыг идэвхгүй анодоор электролиз хийх явцад үүсэх процессын тэгшитгэлийг бич.

Стандарт электродын системийн боломж Na + + e = Na 0 нь төвийг сахисан усан орчинд (-0.41 В) усан электродын потенциалаас хамаагүй их сөрөг байдаг тул устөрөгч ялгарахтай зэрэгцэн катод дахь усны электрохимийн бууралт үүснэ.

2H 2 O à 2 H + + 2 OH -

болон Na ионууд + катод руу ирэх нь уусмалын зэргэлдээх хэсэгт (катодын орон зай) хуримтлагдана.

Анод дээр усны электрохимийн исэлдэлт үүсч, хүчилтөрөгч ялгарахад хүргэдэг.

2 H 2 O – 4е à O 2 + 4 H +

энэ системд тохирсон учраас стандарт электродын потенциал (1.23 В) нь системийг тодорхойлдог стандарт электродын потенциалаас (2.01 В) хамаагүй бага байна.

2 SO 4 2- + 2 e = S 2 O 8 2- .

SO 4 2- ионууд электролизийн үед анод руу шилжих нь анодын зайд хуримтлагдана.

Катодын процессын тэгшитгэлийг хоёроор үржүүлж, анод процессын тэгшитгэлээр нэмснээр электролизийн процессын нийт тэгшитгэлийг олж авна.

6 H 2 O = 2 H 2 + 4 OH - + O 2 + 4 H +

Катодын орон зайд ион ба анодын орон зайд ионууд нэгэн зэрэг хуримтлагддагийг харгалзан процессын ерөнхий тэгшитгэлийг дараах хэлбэрээр бичиж болно.

6H 2 O + 2Na 2 SO 4 = 2H 2 + 4Na + + 4OH - + O 2 + 4H + + 2SO 4 2-

Ийнхүү устөрөгч ба хүчилтөрөгч ялгарахтай зэрэгцэн натрийн гидроксид (катодын орон зайд), хүхрийн хүчил (анодын орон зайд) үүсдэг.

Жишээ 4.Зэсийн сульфатын уусмалын электролиз ( II) CuSO 4 .

Катод (-)<-- Cu 2+ + SO 4 2- à анод (+)

катод (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

анод (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H + 1

H+ ионууд уусмалд үлддэг SO 4 2- , учир нь хүхрийн хүчил хуримтлагддаг.

2CuSO 4 + 2H 2 O à 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2

Жишээ 5. Зэсийн хлоридын уусмалын электролиз ( II) CuCl 2.

Катод (-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)

катод (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

анод (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

Хоёр тэгшитгэл нь хоёр электроныг агуулна.

Cu 2+ + 2e à Cu 0 1

2Cl - --– 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (ионы тэгшитгэл)

CuCl 2 à Cu + Cl 2 (молекулын тэгшитгэл)

Жишээ 6. Мөнгөний нитратын уусмалын электролиз AgNO3.

Катод (-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)

катод (-) Ag + + e à Ag 0

анод (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H +

Ag + + e à Ag 0 4

2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H + 1

4 Ag + + 2 H 2 O à 4 Ag 0 + 4 H + + О 2 (ионы тэгшитгэл)

4 Аг + + 2 Х 2 Оà 4 Аг 0 + 4 Х + + О 2 + 4 ҮГҮЙ 3 - (бүрэн ионы тэгшитгэл)

4 AgNO 3 + 2 Х 2 Оà 4 Аг 0 + 4 HNO 3 + О 2 (молекулын тэгшитгэл)

Жишээ 7. Давсны хүчлийн уусмалын электролизHCl.

Катод (-)<-- Х + + Cl - à анод (+)

катод (-) 2Х + + 2 дà Х 2

анод (+) 2Cl - – 2 дà Cl 2

2 Х + + 2 Cl - à Х 2 + Cl 2 (ионы тэгшитгэл)

2 HClà Х 2 + Cl 2 (молекулын тэгшитгэл)

Жишээ 8. Хүхрийн хүчлийн уусмалын электролизХ 2 SO 4 .

катод (-) <-- 2H + + SO 4 2- à анод (+)

катод (-)2H+ + 2eà H 2

анод(+) 2H 2 O – 4дà O2 + 4H+

2H+ + 2eà H 2 2

2H 2 O – 4дà O2 + 4H+1

4H+ + 2H2Oà 2H 2 + 4H+ +O 2

2H2Oà 2H2 + O2

Жишээ 9. Калийн гидроксидын уусмалын электролизКОХ.

Катод (-)<-- К + + Өө - à анод (+)

Кали нь хөнгөн цагааны зүүн талд байгаа металлын хүчдэлийн цувралд байдаг тул калийн катионууд нь катод дээр буурахгүй, усны молекулуудын бууралт:

2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 4OH - -4eà 2H 2 O +O 2

катод(-) 2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 2

анод(+) 4OH - - 4eà 2H 2 O +O 2 1

4H 2 O + 4OH -à 2H 2 + 4OH - + 2H 2 O + O 2

2 Х 2 Оà 2 Х 2 + О 2

Жишээ 10. Калийн нитратын уусмалын электролизҮГҮЙ 3 .

катод (-) <-- K + + NO 3 - à анод (+)

2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 2H 2 O – 4дà O2+4H+

катод(-) 2H 2 O + 2eà H2+2OH-2

анод(+) 2H 2 O – 4дà O2 + 4H+1

4H 2 O + 2H 2 Oà 2H 2 + 4OH - + 4H ++ O2

2H2Oà 2H2 + O2

Хүчилтөрөгч агуулсан хүчил, шүлт, хүчилтөрөгч агуулсан хүчлүүдийн давсны уусмалаар цахилгаан гүйдэл нь хөнгөн цагааны зүүн талд байрлах металлын хүчдэлийн цувралд байрлах металуудаар дамжих үед усны электролиз бараг явагддаг. Энэ тохиолдолд катод дээр устөрөгч, анод дээр хүчилтөрөгч ялгардаг.

Дүгнэлт. Электролитийн усан уусмалын электролизийн бүтээгдэхүүнийг тодорхойлохдоо хамгийн энгийн тохиолдолд дараахь зүйлийг анхаарч үзэх хэрэгтэй.

1.Стандарт потенциалын бага алгебрийн утгатай металлын ионууд --аасЛи + өмнөАл 3+ багтаасан - электронуудыг дахин нэмэх хандлага маш сул, энэ талаараа ионуудаас доогуур байдаг.Х + (см. Катион үйл ажиллагааны цуврал). Эдгээр катионуудыг агуулсан нэгдлүүдийн усан уусмалын электролизийн явцад ионууд нь катод дахь исэлдүүлэгч бодисын үүргийг гүйцэтгэдэг.Х + , схемийн дагуу сэргээх:

2 Х 2 О+ 2 дà Х 2 + 2OH -

2. Стандарт потенциалын эерэг утгатай металлын катионууд (Cu 2+ , Аг + , Hg 2+ гэх мэт) нь ионуудтай харьцуулахад электрон нэмэх хандлагатай байдаг. Тэдний давсны усан уусмалыг электролиз хийх явцад катод дахь исэлдүүлэгч бодисын функцийг эдгээр катионууд ялгаруулж, схемийн дагуу металл болгон бууруулна, жишээлбэл:

Cu 2+ +2 дà Cu 0

3. Металл давсны усан уусмалын электролизийн үедZn, Fe, CD, Нигэх мэт жагсаалтад орсон бүлгүүдийн хоорондох хүчдэлийн цувралд дунд байр суурь эзэлдэг тул катод дахь бууралтын процесс нь хоёр схемийн дагуу явагддаг. Эдгээр тохиолдолд ялгарсан металлын масс нь урсаж буй цахилгаан гүйдлийн хэмжээтэй тохирохгүй бөгөөд түүний нэг хэсэг нь устөрөгч үүсэхэд зарцуулагддаг.

4. Электролитийн усан уусмалд нэг атомт анион (Cl - , Br - , Ж - ), хүчилтөрөгч агуулсан анионууд (ҮГҮЙ 3 - , SO 4 2- , П.О. 4 3- болон бусад), түүнчлэн усны гидроксил ионууд. Эдгээрээс галидын ионууд нь илүү хүчтэй бууруулагч шинж чанартай байдагФ. ИонуудӨөтэдгээрийн болон олон атомт анионуудын хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг. Тиймээс усан уусмалын электролизийн үедHCl, HBr, Х.Ж.Анод дахь тэдгээрийн давс эсвэл галидын ионуудын исэлдэлт дараах схемийн дагуу явагдана.

2 X - -2 дà X 2 0

Сульфат, нитрат, фосфат гэх мэт усан уусмалын электролизийн үед. Бууруулах бодисын үүргийг дараахь схемийн дагуу исэлдүүлэх ионууд гүйцэтгэдэг.

4 ХӨ – 4 дà 2 Х 2 О + О 2 + 4 Х +

.

Даалгаврууд.

З А зуслангийн байшин 1. Зэсийн сульфатын уусмалын электролизийн явцад катод дээр 48 г зэс ялгарсан. Анодаас ялгарах хийн эзэлхүүн ба уусмалд үүссэн хүхрийн хүчлийн массыг ол.

Уусмал дахь зэсийн сульфат нь ионыг салгадаггүйC 2+ баС0 4 2 ".

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

Катод ба анод дээр явагдах процессуудын тэгшитгэлийг бичье. Катод дээр Cu катионууд буурч, анод дээр усны электролиз явагдана.

Cu 2+ +2e- = Cu12

2H 2 0-4e- = 4H + + 0 2 |1

Электролизийн ерөнхий тэгшитгэл нь:

2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + 4H+ + O2 (богино ионы тэгшитгэл)

Зэсийн сульфатын диссоциацийн үед үүссэн тэгшитгэлийн хоёр тал дээр 2 сульфатын ионыг нэмээд бүрэн ионы тэгшитгэлийг гаргацгаая.

2Cu2+ + 2S042" + 2H20 = 2Cu + 4H+ + 2SO4 2" + O2

2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2

Анод дээр ялгардаг хий нь хүчилтөрөгч юм. Уусмал дахь хүхрийн хүчил үүсдэг.

Зэсийн молийн масс 64 г/моль, зэсийн бодисын хэмжээг тооцоолъё:

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу катод дээр 2 моль зэс ялгарахад анод дээр 1 моль хүчилтөрөгч ялгардаг. Катод дээр 0.75 моль зэс ялгарч, анод дээр x моль хүчилтөрөгч ялгаруулна. Пропорцийг гаргацгаая:

2/1=0.75/x, x=0.75*1/2=0.375моль

Анод дээр 0.375 моль хүчилтөрөгч ялгарсан.

v(O2) = 0.375 моль.

Гарч буй хүчилтөрөгчийн хэмжээг тооцоолъё.

V(O2) = v(O2) «VM = 0.375 моль «22.4 л/моль = 8.4 л

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу катод дээр 2 моль зэс ялгарахад уусмалд 2 моль хүхрийн хүчил үүсдэг бөгөөд энэ нь катод дээр 0.75 моль зэс ялгарвал 0.75 моль хүхрийн хүчил үүсдэг гэсэн үг юм. уусмал дахь v(H2SO4) = 0.75 моль . Хүхрийн хүчлийн молийн массыг тооцоолъё.

M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98 г/моль.

Хүхрийн хүчлийн массыг тооцоолъё.

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0.75 моль «98 г/моль = 73.5 г.

Хариулт:Анод дээр 8.4 литр хүчилтөрөгч ялгарсан; Уусмалд 73.5 г хүхрийн хүчил үүссэн

Бодлого 2. 111,75 г калийн хлорид агуулсан усан уусмалын электролизийн үед катод ба анодаас ялгарах хийн эзэлхүүнийг ол. Уусмалд ямар бодис үүссэн бэ? Түүний массыг ол.

Уусмал дахь калийн хлорид нь K+ ба Cl ионуудад задардаг.

2КС1 =К+ + Сl

Калийн ионууд катод дээр багасдаггүй, харин усны молекулууд багасдаг. Анод дээр хлоридын ионууд исэлдэж, хлор ялгардаг.

2H2O + 2e" = H2 + 20H-|1

2SG-2e" = C12|1

Электролизийн ерөнхий тэгшитгэл нь:

2СГl+ 2Н2О = Н2 + 2ОН" + С12 (богино ионы тэгшитгэл) Мөн уусмалд калийн хлоридын диссоциацийн үед үүссэн, урвалд оролцдоггүй K+ ионууд агуулагдана.

2K+ + 2Cl + 2H20 = H2 + 2K+ + 2OH" + C12

Тэгшитгэлийг молекул хэлбэрээр дахин бичье.

2KS1 + 2H2O = H2 + C12 + 2KON

Катод дээр устөрөгч, анод дээр хлор ялгарч, уусмалд калийн гидроксид үүсдэг.

Уусмал нь 111.75 г калийн хлорид агуулдаг.

Калийн хлоридын молийн массыг тооцоолъё.

M(KS1) = 39+35,5 = 74,5 г/моль

Калийн хлоридын хэмжээг тооцоолъё.

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу 2 моль калийн хлоридын электролизийн үед 1 моль хлор ялгардаг. 1.5 моль калийн хлоридын электролизийн үр дүнд х моль хлор үүснэ. Пропорцийг гаргацгаая:

2/1=1,5/х, x=1,5 /2=0,75 моль

0.75 моль хлор ялгарах болно, v(C!2) = 0.75 моль. Урвалын тэгшитгэлийн дагуу анод дээр 1 моль хлор ялгарахад катод дээр 1 моль устөрөгч ялгардаг. Иймд анод дээр 0.75 моль хлор ялгарвал катод дээр 0.75 моль устөрөгч ялгарна, v(H2) = 0.75 моль.

Анод дахь хлорын хэмжээг тооцоолъё.

V(C12) = v(Cl2)-VM = 0.75 моль «22.4 л/моль = 16.8 л.

Устөрөгчийн эзэлхүүн нь хлорын хэмжээтэй тэнцүү байна.

Y(H2) = Y(C12) = 16.8л.

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу 2 моль калийн хлоридын электролиз нь 2 моль калийн гидроксид үүсгэдэг бөгөөд энэ нь 0.75 моль калийн хлоридын электролиз нь 0.75 моль калийн гидроксид үүсгэдэг гэсэн үг юм. Калийн гидроксидын молийн массыг тооцоолъё.

M(KOH) = 39+16+1 - 56 г/моль.

Калийн гидроксидын массыг тооцоолъё.

m(KOH) = v(KOH>M(KOH) = 0.75 моль-56 г/моль = 42 г.

Хариулт:Катод дээр 16,8 литр устөрөгч, анод дээр 16,8 литр хлор, уусмалд 42 г калийн гидроксид үүссэн.

Бодлого 3. 19 г хоёр валент металл хлоридын уусмалыг электролиз хийх явцад анод дээр 8,96 литр хлор ялгарсан. Аль металл хлорид электролизэнд өртсөнийг тодорхойлно уу. Катодоос ялгарах устөрөгчийн хэмжээг тооцоол.

Үл мэдэгдэх M металлыг тэмдэглэе, түүний хлоридын томъёо нь MC12. Анод дээр хлоридын ионууд исэлдэж, хлор ялгардаг. Нөхцөл байдал нь катод дээр устөрөгч ялгардаг тул усны молекулын бууралт дараах байдалтай байна.

2Н20 + 2е- = Н2 + 2ОH|1

2Cl -2e" = C12! 1

Электролизийн ерөнхий тэгшитгэл нь:

2Cl + 2H2O = H2 + 2OH" + C12 (богино ионы тэгшитгэл)

Уг уусмалд мөн M2+ ионууд агуулагддаг бөгөөд энэ нь урвалын явцад өөрчлөгддөггүй. Урвалын бүрэн ионы тэгшитгэлийг бичье.

2SG + M2+ + 2H2O = H2 + M2+ + 2OH- + C12

Урвалын тэгшитгэлийг молекул хэлбэрээр дахин бичье.

MC12 + 2H2O - H2 + M(OH)2 + C12

Анодоос ялгарах хлорын хэмжээг олцгооё.

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу үл мэдэгдэх металлын 1 моль хлоридын электролизийн үед 1 моль хлор ялгардаг. Хэрэв 0.4 моль хлор ялгарсан бол 0.4 моль металл хлорид электролизэд хамрагдсан. Металл хлоридын молийн массыг тооцоолъё.

Үл мэдэгдэх металл хлоридын молийн масс нь 95 г / моль юм. Хоёр хлорын атом тутамд 35.5"2 = 71 г/моль байна. Тиймээс металлын молийн масс 95-71 = 24 г / моль байна. Магни нь энэ молийн масстай тохирч байна.

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу анод дахь 1 моль хлорын хувьд катод дээр 1 моль устөрөгч ялгардаг. Манай тохиолдолд анод дээр 0.4 моль хлор ялгарсан нь катод дээр 0.4 моль устөрөгч ялгарсан гэсэн үг юм. Устөрөгчийн эзэлхүүнийг тооцоолъё:

V(H2) = v(H2>VM = 0.4 моль «22.4 л/моль = 8.96 л.

Хариулт:магнийн хлоридын уусмалыг электролизд оруулсан; Катод дээр 8.96 литр устөрөгч ялгарсан.

*Бодлого 4. 15%-ийн концентрацитай 200 г калийн сульфатын уусмалыг электролиз хийх явцад анод дээр 14,56 литр хүчилтөрөгч ялгарсан. Электролизийн төгсгөлд уусмалын концентрацийг тооцоол.

Калийн сульфатын уусмалд усны молекулууд катод ба анод хоёуланд нь урвалд ордог.

2Н20 + 2е" = Н2 + 20Н-|2

2H2O - 4e" = 4H+ + O2! 1

Хоёр тэгшитгэлийг хамтад нь нэмье:

6H2O = 2H2 + 4OH" + 4H+ + O2, эсвэл

6H2O = 2H2 + 4H2O + O2, эсвэл

2H2O = 2H2 + 02

Үнэндээ калийн сульфатын уусмалын электролиз үүсэх үед усны электролиз үүсдэг.

Уусмал дахь ууссан бодисын концентрацийг дараах томъёогоор тодорхойлно.

С=m(ууссан) 100% / м(уусмал)

Электролизийн төгсгөлд калийн сульфатын уусмалын концентрацийг олохын тулд калийн сульфатын масс ба уусмалын массыг мэдэх шаардлагатай. Урвалын явцад калийн сульфатын масс өөрчлөгддөггүй. Анхны уусмал дахь калийн сульфатын массыг тооцоолъё. Анхны уусмалын концентрацийг С гэж тэмдэглэе

m(K2S04) = C2 (K2S04) m(уусмал) = 0.15 200 г = 30 гр.

Усны нэг хэсэг нь устөрөгч, хүчилтөрөгч болж хувирдаг тул электролизийн явцад уусмалын масс өөрчлөгддөг. Гарч буй хүчилтөрөгчийн хэмжээг тооцоолъё.

(О 2)=V(O2) / Vm =14.56л / 22.4л/моль=0.65моль

Урвалын тэгшитгэлийн дагуу 2 моль ус 1 моль хүчилтөрөгч үүсгэдэг. Х моль ус задрах үед 0.65 моль хүчилтөрөгч ялгаруулна. Пропорцийг гаргацгаая:

1.3 моль ус задарсан, v(H2O) = 1.3 моль.

Усны молийн массыг тооцоолъё.

M(H2O) = 1-2 + 16 = 18 г / моль.

Задарсан усны массыг тооцоолъё.

m(H2O) = v(H2O>M(H2O) = 1.3 моль* 18 г/моль = 23.4 г.

Калийн сульфатын уусмалын масс 23.4 г-аар буурч, 200-23.4 = 176.6 г болсон байна.

C2 (K2 SO4)=m(K2 SO4) 100% / м(уусмал)=30г 100% / 176.6г=17%

Хариулт:электролизийн төгсгөлд уусмалын концентраци 17% байна.

*Даалгавар 5. 188,3 г натри, калийн хлоридын хольцыг усанд уусгаж, үүссэн уусмалаар цахилгаан гүйдэл дамжуулсан. Электролизийн явцад катод дээр 33.6 литр устөрөгч ялгарсан. Хольцын найрлагыг жингийн хувиар тооцно.

Кали, натрийн хлоридын хольцыг усанд уусгасны дараа уусмал нь K+, Na+, Cl- ионуудыг агуулна. Катод дахь калийн ионууд ч, натрийн ионууд ч багасдаггүй; Анод дээр хлоридын ионууд исэлдэж, хлор ялгардаг.

Тэгшитгэлийг молекул хэлбэрээр дахин бичье.

2KS1 + 2N20 = N2 + C12 + 2KON

2NaCl + 2H2O = H2 + C12 + 2NaOH

Холимогт агуулагдах калийн хлоридын хэмжээг х моль, натрийн хлоридын хэмжээг мольоор тэмдэглэе. Урвалын тэгшитгэлийн дагуу 2 моль натри эсвэл калийн хлоридын электролизийн үед 1 моль устөрөгч ялгардаг. Иймд х моль хлоридын электролизийн үед х/2 буюу 0.5х моль устөрөгч, х моль натрийн хлоридын электролизийн үед 0.5у моль устөрөгч үүсдэг. Хэмжээг нь олъё устөрөгчийн бодисуудХольцын электролизийн явцад ялгардаг:

Тэгшитгэлийг хийцгээе: 0.5x + 0.5y = 1.5

Тооцоолъё молийн масскали ба натрийн хлоридууд:

M(KS1) = 39+35,5 = 74,5 г/моль

M(NaCl) = 23+35,5 = 58,5 г/моль

Калийн хлоридын масс x моль нь дараахь хэмжээтэй тэнцүү байна.

m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = x моль-74.5 г/моль = 74.5х г.

Нэг моль натрийн хлоридын масс нь:

m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = y моль-74,5 г/моль = 58,5 у г.

Хольцын масс 188.3 гр, хоёр дахь тэгшитгэлийг үүсгэе.

74.5x + 58.5y= 188.3

Тиймээс бид хоёр үл мэдэгдэх хоёр тэгшитгэлийн системийг шийддэг.

0.5(x + y)= 1.5

74.5x + 58.5y=188.3г

Эхний тэгшитгэлээс бид x-ийг илэрхийлнэ:

x + y = 1.5/0.5 = 3,

x = 3-y

Энэ x-ийн утгыг орлуулъя хоёр дахь тэгшитгэл, бид авах:

74.5-(3-y) + 58.5y= 188.3

223.5-74.5ж + 58.5у= 188.3

-16у = -35.2

y = 2.2 100% / 188.3г = 31.65%

Тооцоолъё массын хэсэгнатрийн хлорид:

w(NaCl) = 100% - w(KCl) = 68.35%

Хариулт:хольц нь 31.65% калийн хлорид, 68.35% натрийн хлорид агуулдаг.

Бидний олонхи нь туршилтанд дуртай байсан байх сургуулийн хичээлхими. Тэд бие биетэйгээ хэрхэн харьцаж байгааг харах нь үргэлж сонирхолтой байдаг янз бүрийн бодисуудтэгээд эцэст нь юу болох вэ. Зарим туршилтчид гэртээ усны электролиз гэх мэт зүйлийг нэлээд амжилттай давтдаг. Мэдэгдэж байгаагаар, энэ үйл явцхүчилтөрөгч, устөрөгчийг ялгаруулахад хүргэдэг. Гэхдээ энэ бүхэн яг яаж болдог вэ? Усны электролиз яагаад хэрэгтэй вэ, түүний хэтийн төлөв юу вэ? Үүнийг илүү дэлгэрэнгүй авч үзье.

Усны электролиз хэрхэн явагддаг вэ?

Хэрэв та ердийн цахилгаан тэжээл авч, графит саваа шон руу холбож, цоргоны ус руу буулгавал шууд гүйдэл гүйж, шингэнд янз бүрийн цахилгаан химийн урвал үүсч эхэлнэ. Тэдний үйл ажиллагаа нь хүчдэл, усанд янз бүрийн давс байгаа эсэхээс шууд хамаардаг. Хэрэв бид энгийн гал тогооны давс ашиглан гэртээ усны электролизийг хамгийн хялбаршуулсан хэлбэрээр авч үзвэл хэд хэдэн бие даасан процессыг ялгаж салгаж болно.

Цахилгаан химийн процесс

Энэ нь анод дээр хүчилтөрөгч ялгардаг бөгөөд энэ газарт шингэн нь хүчиллэгжиж, катод дээр устөрөгч ялгардаг бөгөөд энд байгаа шингэн нь шүлтлэг болдог. Гэхдээ энэ нь бүгд биш юм. Хэрэв та тусгай электрод ашигладаг бол усны электролиз нь сөрөг туйл дээр озон, эерэг туйл дээр устөрөгчийн хэт исэл үүсгэдэг. Цэвэр (нэрмэл биш) ус нь үргэлж эрдэс давс агуулдаг - хлорид, сульфат, карбонат. Усны электролиз үүсэх үед тэд мөн урвалд оролцдог. Жишээлбэл, гал тогооны ууссан давстай усаар шууд гүйдэл гүйж эхлэхэд анод дээр хлор үүсч эхэлдэг - энд ус хүчиллэгжиж, катод дээр натрийн гидроксид үүсдэг - ус шүлтлэг болдог. Энэ хариу үйлдэл нь түр зуурынх бөгөөд үүнээс үүдэлтэй химийн элементүүдТэд дахин бие биетэйгээ харьцаж эхэлдэг. Үүний үр дүнд натрийн гипохлорит - 2NaOCl удалгүй гарч эхэлдэг. Кали, кальцийн хлоридын хувьд ижил зүйл тохиолддог. Бидний харж байгаагаар цэвэр усны задралын үр дүнд озон, хүчилтөрөгч, натрийн гипохлорит, устөрөгчийн хэт исэл зэрэг хүчтэй исэлдүүлэгч бодисууд үүсдэг.

Цахилгаан соронзон үйл явц

Энэ нь усны молекулууд нь гүйдлийн хөдөлгөөнтэй зэрэгцэн чиглэсэн байдаг тул тэдгээрийн устөрөгчийн хэсэг ("+" тэмдэгтэй) катод руу, хүчилтөрөгчийн хэсэг нь ("-" тэмдэгтэй) татагддаг. анод. Тэдэнд үзүүлэх нөлөө нь маш хүчтэй тул устөрөгчийн холбоог сулруулж, заримдаа таслахад хүргэдэг. Үүний үр дүнд атомын хүчилтөрөгч үүсдэг бөгөөд энэ нь усны хатуулгийг бууруулдаг. Энэ нь кальцийн ионуудыг исэлдүүлэн исэлдүүлдэг (Ca + + O → CaO), энэ нь эргээд устай нийлж, харгалзах гидрат үүсгэдэг: CaO + H 2 O → Ca (OH) 2.

Кавитацийн процесс

Электролизийн үр дүнд үүссэн устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн микроскопийн бөмбөлгүүдийн нуралт нь тэдний ханыг бүрдүүлдэг усны молекулуудыг устгадаг асар их энерги ялгаруулдаг. Үүний үр дүнд хүчилтөрөгч ба устөрөгчийн ион ба атомын хэсгүүд, гидроксил болон бусад бодисууд гарч ирдэг.

Өргөдөл

Усны электролиз нь практик ач холбогдолтой юм орчин үеийн үйлдвэрлэл. Энэ нь ихэвчлэн янз бүрийн хольцоос усыг цэвэршүүлэхэд ашиглагддаг. Тэр ч бас энгийн аргаарустөрөгч авах. Сүүлийнх нь ердийн түлшний боломжит хувилбар болох сонирхолтой юм. Одоогийн байдлаар эрдэмтэд усны плазмын электролизийг судалж байгаа бөгөөд энэ нь ердийн электролизээс хамаагүй илүү үр дүнтэй байдаг. Үүнээс гадна "амьдралын үрэл" -ийг задлахын тулд бага хэмжээний гүйдэл үүсгэдэг тусгай бактерийг ашиглаж болно гэсэн онол байдаг. Таны харж байгаагаар усны электролиз нь анх харахад тийм ч энгийн зүйл биш бөгөөд үүнийг цаашид судлах нь устөрөгчийн түлш рүү шилжихэд хүргэж болзошгүй гэж бид найдаж байна.

Электролиз нь цахилгаан гүйдлийн нөлөөгөөр электролит (давс, хүчил, шүлтийн уусмал) задрах явдал юм.

Зөвхөн электролиз хийх боломжтой DC. Электролизийн явцад давсанд агуулагдах устөрөгч эсвэл металл сөрөг электрод (катод) дээр ялгардаг. Хэрэв эерэг электрод (анод) металлаар хийгдсэн бол (ихэвчлэн давстай адил) электролизийн үед эерэг электрод уусдаг. Хэрэв анод нь уусдаггүй бол (жишээлбэл, нүүрстөрөгч) электролизийн явцад электролит дахь металлын агууламж буурдаг.

Катод дахь электролизийн явцад ялгарах бодисын хэмжээ нь электролитээр урсах цахилгааны хэмжээтэй пропорциональ байна.

Нэг кулон цахилгаанаар ялгарах бодисын хэмжээг цахилгаан химийн эквивалент А гэж нэрлэдэг тул G=A Q; G=A I t,

энд G нь ялгарсан бодисын хэмжээ; Q - цахилгаан эрчим хүчний хэмжээ; I - цахилгаан гүйдэл; t - цаг.

Метал бүр өөрийн цахилгаан химийн эквивалент А-тай.

Тооцооллын жишээ

1. Хэчнээн хэмжээний зэс ялгарах вэ зэсийн сульфат(CuSO4) (Зураг 1) I=10 А гүйдэлтэй 30 минут. Зэсийн цахилгаан химийн эквивалент А=0.329 мг/А сек.

Цагаан будаа. 1. Схем, жишээ нь 1

G = A I t = 0.329 10 30 60 = 5922 мг = 5.922 г.

Катодоос түдгэлзсэн объект 5.9 г цэвэр зэс ялгаруулна.

2. Зэсийн электролитийн өнгөлгөөний зөвшөөрөгдөх гүйдлийн нягт = 0.4 А/дм2. Зэсээр хучих ёстой катодын талбай S=2.5 дм2. Электролиз хийхэд ямар гүйдэл хэрэгтэй, 1 цагийн дотор катодод хэр хэмжээний зэс ялгарах вэ (Зураг 2).

Цагаан будаа. 2 . Жишээ нь схем 2

I= S =0.4-2.5=l A; G=A Q=A I t=0.329 1 60 60=1184.4 мг.

3. Электролизийн явцад исэлдсэн ус (жишээлбэл, хүхрийн хүчлийн H2SO4-ийн сул уусмал) устөрөгч ба хүчилтөрөгч болж задардаг. Электродууд нь нүүрстөрөгч, цагаан тугалга, зэс гэх мэт байж болох ч цагаан алт нь хамгийн тохиромжтой. 1.5 А гүйдлийн үед 1/4 цагийн дотор анод дээр хэр хэмжээний хүчилтөрөгч ялгарах ба катодод хичнээн хэмжээний устөрөгч ялгарах вэ Зураг 3).

Цагаан будаа. 3 . Жишээ нь схем 3

Ga=A I t=0,058 1,5 15 60=78,3 см3 хүчилтөрөгч катодод ялгарна.

Gк=A I t=0.1162 1.5 15 60=156.8 см3 устөрөгч анод дээр гарна.

Энэ харьцаатай устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн холимогийг тэсрэх хий гэж нэрлэдэг бөгөөд гал авалцах үед ус үүсгэдэг.

4. Лабораторийн туршилтын хүчилтөрөгч ба устөрөгчийг (исэлдсэн хүхрийн хүчил) ашиглан гаргаж авдаг (Зураг 4). Платинум электродуудыг шилэнд гагнана. Эсэргүүцлийг ашиглан бид одоогийн I = 0.5 A. (Гүйдлийн эх үүсвэр болгон тус бүр нь 1.9 В-ийн гурван хуурай эс бүхий зайг ашигладаг.) ​​30 минутын дотор хичнээн хэмжээний устөрөгч, хүчилтөрөгч ялгарах вэ.

Цагаан будаа. 4 . Зураг, жишээ нь 4

Баруун судсанд Gк=А I t=0.1162 0.5 30 60=104.58 см3 устөрөгч ялгарна.

Ga=A l t=0,058 0,5 30 60=52,2 см3 хүчилтөрөгч зүүн судсанд ялгарна (хийнүүд усыг дунд сав руу түлхдэг).

5. Хөрвүүлэгч хэсэг (мотор генератор) нь электролитийн (цэвэр) зэс үйлдвэрлэх гүйдлийг хангадаг. 8 цагийн дотор 20 кг зэс авах шаардлагатай. Генератор ямар гүйдэл өгөх ёстой вэ? Зэсийн цахилгаан химийн эквивалент A=0.329 мг/А сек.

G=A I t тул I=G/(A t)=20000000/(0.329 8 3600)=20000000/9475.2=2110.7 А.

6. 200 гэрлийг хромжуулах шаардлагатай бөгөөд тус бүр нь 3 г хром шаарддаг. Энэ ажлыг 10 цагийн дотор дуусгахад ямар гүйдэл шаардлагатай вэ (хромын цахилгаан химийн эквивалент А = 0.18 мг/А сек).

I=G/(A t)=(200 3 1000)/(0.18 10 3600)=92.6 А.

7. Хөнгөн цагааныг ванны ажиллах хүчдлийн 7 В, 5000 А гүйдлээр ваннд каолин шавар, криолитийн уусмалыг электролизээр гаргаж авдаг. Анод нь нүүрстөрөгчөөр хийгдсэн ба банн нь нүүрстөрөгчийн блоктой гангаар хийгдсэн ( Зураг 5).

Цагаан будаа. 5. Зураг, жишээ нь 5

Хөнгөн цагаан үйлдвэрлэх банн нь ажлын хүчдэлийг нэмэгдүүлэхийн тулд цувралаар холбогдсон (жишээлбэл, 40 банн). 1 кг хөнгөн цагаан үйлдвэрлэхэд ойролцоогоор 0.7 кг нүүрстөрөгчийн анод, 25-30 кВт.ц цахилгаан шаардагдана. Өгөгдсөн өгөгдлийг ашиглан генераторын хүч, 10 цагийн турш ажиллах цахилгаан зарцуулалт, үүссэн хөнгөн цагааны жинг тодорхойлно.

40 ваннд ажиллах үеийн генераторын хүч P=U I=40 7 5000=1400000 Вт =1400 кВт.

10 цагт зарцуулсан цахилгаан эрчим хүч, A=P t=1400 кВт 10 цаг=14000 кВт.ц.

Үйлдвэрлэсэн хөнгөн цагааны хэмжээ G=14000: 25=560 кг.

Онолын цахилгаан химийн эквивалент дээр үндэслэн үйлдвэрлэсэн хөнгөн цагааны хэмжээ нь дараахь хэмжээтэй тэнцүү байх ёстой.

GT=A I t=0.093 5000 40 10 3600=0.093 7200000000 мг=669.6 кг.

Коэффицент ашигтай үйлдэлэлектролитийн суурилуулалт нь тэнцүү байна: үр ашиг = G / Gt = 560/669.6 = 0.83 = 83%.