Електроліз з розчинною анодом

При електролізі на аноді можуть відбуватися різні процеси в залежності від того, чи перебуває анод з металу, що переходить в розчин, або з ін # 156; ертного матеріалу. Для виготовлення ін # 156; ертних електродів частіше нд # 156; його використовують Рt, рідше Ir, Au або Та. Вельми ін # 156; ертнимі є вугільні електроди.

Багато технологічних методи засновані на безпосередньому хімічний участю анодів (крім фізичного перенесення електронів) в елекрохіміческом процесі. Такі методи називаються електролізом з розчинною анодом.

Як розчинних анодів бувають Сu, Ni, Cd, AI і інші метали. При цьому виді електролізу анод - метал окислюється (розчиняється), що утворюються катіони металу переміщуються до катода і на ньому відновлюється до металу. Т.ч. метал розчинної анода осідає на катоді.

Електроліз з розчинною анодом має важливе технічне значення, наприклад він широко застосовується для очищення металів - електрорафінування. При проходженні струму в електролізері йдуть наступні електродні полупроцесси.

Окислення на аноді Сu (чорнова) - 2е → Сu 2+

Відновлення на катоді Сu 2+ + 2е → Сu (особливо чиста)

2. Застосування електролізу в техніці.

Електроліз використовується в техніці в таких процесах, як гальванопластика, гальваностегія, електрохімічна обробка поверхонь, очищення від жирових плівок, оксидних шарів (травлення). При цьому використовуються катодні і анодні процеси.

Катодні процеси, що йдуть з виділенням водню використовуються для:

- знежирення в слабокислих або лужних розчинах (іони водню, проникаючи через шар масла, розряджаються на поверхні металу, і водень, збираючись в бульбашки, забирає із собою плівку масла);

- травлення (іони водню, диффундируя через плівку оксиду, розряджаються на металі і плівка оксиду відділяється від металу). При цьому водень частково дифундує в метал і робить його крихким. Тому застосовують інгібітори, які збираючись на поверхні металу, запобігають проникненню в нього водню.

- Гальваностегії - являє собою нанесення шляхом електролізу на поверхню металевого виробу інших металів для захисту цього виробу від корозії, для додання його поверхні твердості, а також в декоративних цілях. Найважливішими гальваностегіческімі процесами є хромування, цинкування, нікелювання і ін.

- ГАЛЬНОПЛАСТІКА - процес отримання точних копій з рельєфних малюнків електроосадженням металу. Отримують матриці для пресування різних виробів (ґудзиків, грамофонних платівок), матриці для радіотехнічних схем і ін. На форми з алюмінію наносять шар міді потрібної товщини, а потім алюміній витравлюють кислотою або лугом.

- травлення металу до потрібної товщини. Вироби роблять анодом (+) і метал починає розчинятися зі швидкістю, яка визначається щільністю струму. Якщо потрібно провести її не суцільне, а часткове, то на поверхню виробу наносять «маску» - зазвичай полімерний лак, на якому вимальовують потрібну форму, що підлягає травленню. Так можна витравляти шкали, написи та ін.

- електрополірування замінює операцію доведення металевих поверхонь, яка особливо важка при складної конфігурації вироби і виконується в ручну. Що залишилися після обробки ділянки підвищеної активності - виступи, шорсткості - піддаються розчиненню, підібравши відповідний електроліт і щільність струму, можна згладити навіть мікровиступів і довести поверхню до дзеркального блиску.

- анодне оксидування поверхні виробу для захисту від корозії і в декоративних цілях. Так, наприклад алюмінієве виріб є анодом, корозійно-стійка сталь -катодом, електролітом - сірчана кислота. При протіканні струму на катоді виділяється водень, а на аноді утворюється дуже міцна плівка оксиду алюмінію, яку просочують різними складами для поліпшення зовнішнього вигляду.

18 Електроліз розплавів електролітів

Головна відмінність цього типу електролізу від електролізу розплавів полягає в тому, що у водних розчинах електролітів (при електролізі в якості електролітів значно частіше використовують солі, ніж кислоти або підстави) крім катіонів та аніонів електроліту (солі) завжди присутні молекули води, а також іони Н + і ОН -. утворюються в результаті її дисоціації, а в разі гідролізу солі - то і в результаті гідролізу. Тому поряд з іонами розчиненої солі в електродних реакціях можуть брати участь молекули води, іони Н + або ОН -.

Продукти, що виділяються на електродах, залежать від природи іонів солі, що знаходиться в розчині, а також виду матеріалу, з якого виготовлені електроди.

Розглянемо окремо катодні і анодні процеси.

Нагадаємо, що в гальванічному елементі катодом називається позитивний електрод, а анодом - негативний. При електролізі - навпаки. Але головне полягає в тому, що і в гальванічному елементі і при електролізі на катоді йде відновлення, а на аноді - окислення. (- Чому це так, я запитаю у вас на майбутньому семінарі). А для себе пояснення цього питання в Гельфмане М.І. (На стор. 298-299).

Отже, катодні процеси при електролізі.

На катоді можуть протікати три види процесів:

1. Відновлення іонів металу: Ме n + + ne → Me

2. Відновлення молекул води в нейтральних або лужних розчинах:

3. Відновлення іонів водню в кислотних розчинах:

19 Гальванічнийелемент - хімічне джерело електричного струму, заснований на взаємодії двох металів та / або їх оксидів в електроліті, що приводить до виникнення в замкнутому ланцюзі електричного струму. Названий на честь Луїджі Гальвані. Перехід хімічної енергії в електричну енергію відбувається в гальванічних елементах.

20. Енергетичні ефекти хімічних реакцій. Внутрішня енергія і ентальпія.

Як відомо, відповідно до закону збереження енергії можливий ряд перетворень енергії: хімічної енергії палива в теплоту, теплоти в механічну енергію, механічної - в електричну, електричної знову в механічну, і, нарешті, механічної - в теплоту. Але не всі перераховані перетворення рівноцінні один одному: хімічна, механічна, електрична енергії можуть цілком переходити в інші види енергії (в тому числі і в теплоту); теплота не в змозі перейтіполностью в інші види енергії. - Чому?

Всі види енергії, крім теплоти, є енергіяміупорядоченного руху мікрочастинок. складових тіло, іліупорядоченного руху самих тел. (Електрична енергія - це впорядкований рух електричних зарядів під дією електричної напруги; механічна енергія - енергія найпростішого руху, що представляє собою зміну з плином часу просторового розташування тіл).

Теплота являє собойенергію безладного двіженіямікрочастіц (молекул, атомів, електронів і т.д.) при переході від одного тіла до іншого. Неможливість повного переходу теплоти в інші види енергії пояснюється неможливістю повної перебудови хаотичного руху в упорядковане.

Розділ хімії, що займається вивченням теплових ефектів хімічних реакцій, називається хімічною термодинамікою.

Слово термодинаміка походить від грецьких слів «термос» (теплота) і «дінамос» (сила, рух). Дослівно, наука про рух.

Хімічна термодинаміка - наука про взаимопревращениях теплоти і енергії в хімічних реакціях.

Хімічна термодинаміка вивчає. 1) енергетичні ефекти, що супроводжують хімічні реакції;

2) напрямок і межі їх самовільного протікання.

Знання закономірностей хімічної термодинаміки дозволяє:

- передбачити, можливо, чи в принципі хімічну взаємодію між цими речовинами при певних умовах;

- передбачити, до якої міри може протікати реакція перш, ніж встановиться хімічну рівновагу за даних умов;

- вибрати оптимальні умови проведення процесу, щоб забезпечити отримання максимального виходу потрібного продукту;

- розрахувати кількість енергії, що виділиться при проведенні реакції або необхідно затратити для її здійснення.

Отже, знання законів хімічної термодинаміки дозволяє вирішувати, не вдаючись до експерименту, багато завдань виробничої і науково-дослідницької роботи.

Хімічна термодинаміка заснована на трьох законах (трьох засадах), особливість яких полягає в тому, що вони не можуть бути виведені, а є результатом узагальнення багатовікового людського досвіду. Правильність цих законів підтверджується тим, що не існує фактів, які б суперечили цим законам.

21.Понятіе про розчини. Класифікація розчинів. Фізична і хімічна теорія розчинів.

Розчини - однорідна багатокомпонентна система, що складається з розчинника, розчинених речовин і продуктів їх взаємодії.

Будь розчин складається з розчинника і розчиненої речовини. Але не завжди обов'язково вода є розчинником. Наприклад, можна отримати розчин води в сірчаної кислоти. Тут розчинником буде кислота. Можна приготувати і розчини кислоти у воді. З двох або кількох компонентів розчину розчинником є ​​той, який взятий в більшій кількості і має той же агрегатний стан, що і розчин в цілому. Зазвичай компонент, який в даних умовах знаходиться в тому ж агрегатному стані, що й утворюється розчин, вважають розчинником, інші складові розчину - розчиненими речовинами. У разі однакової агрегатного стану компонентів розчинником вважають той компонент, який переважає в розчині.

Розчини нічого не відстоюються і збережуться весь час однорідними. Якщо розчин профільтрувати через самий щільний фільтр, то ні сіль, ні цукор, ні марганцевокислого калію не вдається відокремити від води. Отже, ці речовини в воді роздроблені до найбільш дрібних частинок - молекул. Молекули можуть знову зібратися в кристали тільки тоді, коли ми випарується воду. Таким чином, розчини - це молекулярні суміші.

Існують розчини не тільки рідкі, але і газові і навіть тверді. Наприклад, повітря - розчин кисню і ще декількох газів в азоті. Сплави металів є тверді розчини металів один в одному. Гази, як ми вже знаємо, здатні розчинятися у воді.

Розміри частинок в істинних розчинах - менше 10-9 м (порядку розмірів молекул). За концентрації розчини діляться на:

Ненасиченийрозчин - розчин, що містить менше речовини, ніж внасищенном. Перенасичений розчин - розчин, що містить більше речовини, ніж в насиченому.

Фізична теорія розчинів розглядає процес розчинення як розподіл часток розчиненої речовини між частинками розчинника, припускаючи відсутність будь-якої взаємодії між ними. Єдиною рушійною силою такого процесу є збільшення ентропії системи # 916; S; будь-які теплові або об'ємні ефекти при розчиненні відсутні (# 916; Н = 0, # 916; V = 0; такі розчини прийнято називати ідеальними).

Хімічна теорія розглядає процес розчинення як утворення суміші нестійких хімічних сполук змінного складу, що супроводжується тепловим ефектом і зміною обсягу системи (контракцією), що часто призводить до різкої зміни властивостей розчиненої речовини (так, розчинення безбарвного сульфату міді СuSО4 в воді призводить до утворення забарвленого розчину, з якого виділяється не СuSО4. а голубойкрісталлогідрат СuSО4 · 5Н2 О).

22 Редокс це зустрічно-параллельниехіміческіе реакції, що протікають з ізмененіемстепеней окісленіяатомов, що входять до складу реагуючих речовин, що реалізуються шляхом перерозподілу електронів між атомом-окислювачем і атомом-відновником.