Разлика между версии на „Електролиза“

11 824 байта изтрити ,  преди 10 години
Премахната редакция 3693759 на 195.230.15.241 (б.) копирано от http://download.pomagalo.com/11258/okislitelno+redukcionni+procesi/
(Премахната редакция 3693759 на 195.230.15.241 (б.) копирано от http://download.pomagalo.com/11258/okislitelno+redukcionni+procesi/)
[[vi:Điện phân]]
[[zh:电解]]
Електролиза се нарича съвкупността от процесите, които протичат при преминаване на постоянен (прав) електрически ток през електрохимична система, състояща се от два електрода и разтвор или стопилка на електролит.
Например: електролиза на стопилка от MgCl2 . При преминаване на постоянен електрически ток, катионите на магнезия (Mg2+) се придвижват към отрицателния полюс - катода, върху който се извършва процеса:
Mg2+ + 2e -> Mg
Следователно на катода се извършва процес на Редукция, при който окислените форми на елементите (техните катиони) приемат електрони и се редуцират. Извършва се т.нар. катодна редукция.
В същото време анионите на хлора (Cl) се придвижват към положителния полюс - анода, върху който се извършват два процеса:
първичен, при който Cl отдава електрон и се окислява до елементен хлор
Cl - e -> Cl - т.нар. анодно окисление
вторичен, при който два атома хлор се свързват до молекула хлор:
2Cl -> Cl2
Сумарният електрохимичен процес е:
Mg2+ + 2Cl = Mg + Cl2
Този процес обаче не протича спонтанно, а само под действието на електрически ток от външен източник, при което преходът на електрони от хлоридните аниони към магнезиевите катиони се осъществява от анода към катода по външна електрическа верига (проводник).
Следователно, електрохимичните реакции при електролизата протичат за сметка на електрическа енергия, която се подава от външен източник. В това се заключава съществената разлика между електролизните процеси и процесите в галваничните елементи (акумолатори, батерии). При галваничните елементи се получава постоянен (прав) ток за сметка на спонтанно протичащи окислително-редукционни реакции.
 
ЕЛЕКТРОЛИЗА ВЪВ ВОДНИ РАЗТВОРИ НА ЕЛЕКТРОЛИТИ
В тези случаи трябва да се има предвид, че освен катионът и анионът на електролита, във водния разтвор се намират и водородните (Н+) и хидроксидните (ОН) йони, получени при дисоциацията на водата. Последните също се отправят към съответните полюси под действието на постоянния електрически ток, така че на катода и анода са възможни няколко конкурентни реакции. По принцип от всички възможни реакции ще протече тази, която се осъществява с най-малка загуба на енергия.
 
КАТОДНИ ПРОЦЕСИ (КАТОДНА РЕДУКЦИЯ)
Катодната редукция е процес, при който металните или водородните катиони приемат електрони и се получават: първично - съответните елементи и вторично - съответните им прости вещества. Следователно водещо правило за вида на катодните процеси е РОА (вж. по-горе): на катода преимуществено ще се редуцират по-силните окислители.
Например във воден разтвор на NaCl на катода ще протече процесът:
 
 
 
първичен: Н(+) + 1е -> Н
вторичен: Н + Н -> Н2
докато във воден разтвор на CuCl2 катодната редукция ще бъде:
Cu2+ + 2e -> Cu
Забележка: При електролиза на водни разтвори, съдържащи катиони на металите, стоящи в РОА между Al и Н, на катода практически могат да се редуцират едновременно металните катиони и водородните йони. Следователно в тези случаи продукти на катодната редукция са паралелно и метал и водород - Н2 .
Друг фактор, който влияе на катодните процеси и изобщо на електролизните процеси - това е концентрацията на съответните йони. Така например, поради определящото влияние на този фактор, в силно кисели разтвори (ниско рН 0) дори на катиони с преобладаващи окислителни свойства, преимуществено протича процес на катодна редукция на водата с отделяне на водород по схемата:
2Н2О + 2е -> 2ОН + Н2
 
АНОДНИ ПРОЦЕСИ
Водещо правило за определяне вида на анодните процеси на окисление е редът на относителната активност за редукционните свойства на анионите:
 
… S2 I Br Cl OH SO42 SO32 NO3
редукционната способност намалява
 
От него се вижда, че най-силни редуктори са анионите на безкислородните киселини (освен HF и флуоридите). Анионите на кислородсъдържащите киселини - HNO3 , H2SO4 и др. са по-слаби редуктори от OH йоните на водата, поради което в техните водни разтвори и разтвори на солите им, анодно окисление претърпява хидроксидният йон с отделяне на кислород:
 
първичен процес: 4 OH - 4e -> 4OH
вторичен процес: 4 OH -> 2Н2О + О2
 
Процесите на анодно окисление зависят още и от материала, от който е направен положителния полюс - анода. На тази основа се различават два вида аноди: ИНЕРТНИ АНОДИ - направени от материал, който не може да претърпи окисление (например: платина, графит, въглен) и АКТИВНИ АНОДИ - направени от материал, който може да се окислява.
Когато се използват ИНЕРТНИ АНОДИ при електролиза на водни разтвори на основи, кислородни киселини (или техни соли), HF и флуориди, анодно окисление претърпява водата, като се отделя кислород. Електрохимичната реакция на анодно окисление протича по две схеми, в зависимост от рН на разтвора:
в силно алкална среда (високо рН): 4OH - 4e -> 2Н2О + О2
в силно кисела среда (ниско рН) : 2Н2О -  4e 4Н+ + О2
 
При анодно окисление на водни разтвори на безкислородни киселини или техни соли (без HF и флуориди), на инертния анод се отправя S2 (до S) или X (до X2).
При електролиза с АКТИВНИ АНОДИ (най-често направени от метал - Cu , Ag , Ni) се извършва т.нар. анодно разтваряне на метала на анода.
Например: електролиза на воден разтвор на CuSO4 с активен анод - елементна мед:
катодна редукция: Cu2+ + 2e -> Cu
анодно окисление: Cu  2e -> Cu2+ (а не OH + О2)
 
При същата постановка ако се използва воден разтвор на CuCl2 на анода ще се отдели хлор - Cl2.
Забележка: Ако в поставената задача или в тестовия въпрос не е изрично указано, че се използва активен анод, това означава, че електролизните процеси трябва да се представят с използване на инертен анод.
 
ПРИЛОЖЕНИЕ НА ЕЛЕКТРОЛИЗНИТЕ ПРОЦЕСИ
 
1. За получаване на прости вещества:
а) електролиза на стопилки на активните метали (IA и IIA група) и Al.
б) електролиза на водни разтвори на по-неактивни (след Н) метали - Cu ,
Ag .
 
2. Пречистване (рафиниране) на вещества - например електролиза на воден разтвор на CuSO4 с активен анод (от техническа мед)
Катод: чиста мед
Анод : техническа мед
 
3. Галванични покрития - т.нар. галваностегия:
Електролиза с активен анод с цел антикорозионна защита, декоративни
метални покрития или реставрация.
Катод: метален предмет, който ще се покрива.
Анод : благороден метал (Au , Ag , Cu).
Разтвор: воден разтвор от сол на благородния метал (сулфат, нитрат).
Предметите се позлатяват, посребряват, помедняват и пр.
 
4. Галванопластика - електролитно отделяне на метал върху неметална подложка с цел получаване на копия, матрици и др.
 
5. Електрохимични синтези - например хлоралкална електролиза за получаване на натриева или калиева основа и на хлор. В тези случаи пътят на електролизата се оказва икономически по-целесъобразен, отколкото други възможни химически методи.