Електроліз розплавів електролітів

Електроліз розплавів електролітів

У промисловості досить широко використовують хімічні реакції, що відбуваються під дією електричного струму. Окисно-відновні реакції, під час яких електрична енергія перетворюється в хімічну, називають електролізом.

Мета уроку:

  • усвідомити, що таке процес електролізу;
  • навчитися пояснювати процеси, що відбуваються на катоді і аноді під час   електролізу;
  • навчитися описувати послідовність електродних процесів, які відбуваються під час електролізу розплавів солей, оксидів металічних елементів і лугів.

Пригадайте:

  • які речовини називають електролітами;
  • що таке процес електролітичної дисоціації.

Якщо в розчин або розплав електроліту занурити електроди і пропустити через нього постійний електричний струм, то йони будуть рухатися направлено: катіони до негативно зарядженого електроду, а аніони до позитивно зарядженого електроду.

Негативно заряджений електрод при електролізі називається катод, а позитивно заряджений – анод.

На катоді катіони будуть приєднувати електрони і  відновлюватися, а на аноді аніони  будуть віддавати електрони і  окиснюватися.

Електроліз – це окисно-відновні реакції, що відбуваються на електродах під дією постійного електричного струму в розчинах або розплавах електролітів.

У розплавах електролітами є речовини з йонною кристалічною ґраткою:    солі, оксиди металічних елементів та луги.

Розглянемо процеси, що відбуваються на електродах під час електролізу розплавів солей на прикладі електролізу розплаву натрій хлориду.

Для цього потрібно нагріти натрій хлорид до температури плавлення (801 оС). В розплаві проходить процес електолітичної дисоціації

NaCl ⇄ Na+ + Cl

Для проведення електролізу в розплав потрібно помістити два електроди, наприклад, графітові стрижні. Один із них з’єднати з позитивним полюсом джерела постійного електричного струму (наприклад, акумулятора) – це буде анод, а інший – з негативним полюсом – це буде катод.

Під дією електричного струму аніони Хлору будуть рухатись до анода, віддавати йому електрони, тобто окиснюватись та перетворюватись на електронейтральний атом:

Clē → Cl0

Атоми Хлору будуть утворювати  двохатомні молекули, і на аноді буде виділятись хлор – газ жовто-зеленого кольору.

Рис 1. Схема електролізу розплаву        натрій хлориду.

2Cl0 → Cl2

Na+ + ē → Na

Катіони Натрію будуть рухатись до катоду, приєднувати електрони, відновлюватись та перетворюватись на просту речовину металічний натрій:

Метал натрій за цих умов утворюється в рідкому стані: його температура плавлення 98 оС. Оскільки густина натрію значно менша за густину розплаву солі, то він спливає на поверхню (Рис. 1).

Ці перетворення можна описати рівняннями
електродних процесів:

 

та рівнянням реакції:

Аналогічні реакції відбуваються під час електролізу розплавів інших солей безоксигенових кислот та оксидів металічних елементів.

Електроліз розплаву лугу розглянемо на прикладі розплаву натрій гідроксиду.

Під час плавлення натрій гідроксид дисоціює на катіони натрію та гідроксид-аніони:

NaOH ⇄ Na+ + OH.

Під час електролізу розплаву лугу на катоді відновлюється металічний елемент, а на аноді окиснюються гідроксид-аніони і утворюється кисень:

 

 

ці процеси можна описати рівнянням реакції електролізу розплаву натрій гідроксиду:

Рис. 2 Схема електролізера Деві для отримання лужних металів.

Електролізом розплавів солей, лугів, оксидів металічних елементів добувають    активні метали, які в ряду активності стоять перед алюмінієм, і алюміній включно.

Металічні натрій і калій вперше були отримані тільки у 1807 році. Це вдалося зробити англійському хіміку Гемфрі Деві, який провів електроліз розплавлених натрій і калій гідроксидів у платиновій чашці, яка служила одночасно і катодом.

Зараз лужні, лужноземельні метали й алюміній добувають електролізом найбільш доступної сировини: натрій і калій – електролізом розплавів хлоридів, алюміній – розплаву оксиду.

ВИСНОВКИ

Електроліз – це окисно-відновні реакції, що відбуваються на електродах під дією постійного електричного струму в розчинах або розплавах електролітів.
На катоді, який заряджений негативно, відбуваються процеси відновлення катіонів, а на позитивно зарядженому аноді – процеси окиснення аніонів.
Електроліз розплавів солей і оксидів використовують у промисловості для добування активних металів.

    Питання для самоперевірки.

1. Що таке електроліз?

2. Чому процес електролізу проводять під дією постійного електричного струму?

3. Який заряд має катод, анод? Які процеси відбуваються на електродах?

4. Які процеси відбуваються на катоді та аноді при електролізі розплаву: а) калій флуориду, б) натрій сульфіду?

5. Які ще речовини крім металів утворюються під час електролізу розплавів безоксигенових солей?

Завдання 1.

Складіть схеми електродних процесів та рівняння реакції, що відбуваються при електролізі розплаву калій карбонату. Вкажіть процеси окиснення і відновлення.

Розв’язання.

Завдання 2.

 У 1898 році французький хімік Поль Лебо отримав чистий металічний берилій за допомогою електролізу подвійної солі калій-берилій флуориду (K2BeF4). Складіть схеми електродних процесів та рівняння реакції, що відбуваються при електролізі цієї солі та визначте її масу, що витратиться на отримання берилію масою18 г.

Розв’язання

Відповідь:  m(K2BeF4) = 326 г.

Задача 1.

У руді міститься суміш цинк сульфіду, плюмбум(ІІ) сульфіду і аргентум(І) сульфіду. Щоб добути метали руду спочатку обробляють хлором. З розплавленої суміші хлоридів спочатку добувають срібло, додаючи свинець, а потім осаджують свинець цинком. Розплав цинк хлориду, що утворився, піддають електролізу. При цьому майже увесь хлор, введений на початку, повертається. Напишіть рівняння реакцій всіх перетворень. Складіть схему електролізу розплаву цинк хлориду. Вкажіть процеси окиснення і відновлення.

Задача 2.

 Під час вилучення магнію з морської води розплав магній хлориду піддається електролізу. Хлор, який виділяється при цьому, використовують для отримання гідроген хлориду. Визначте яку масу хлоридної кислоти з масовою часткою гідроген хлориду 38% можна отримати, в результаті електролізу 190 кг магній хлориду.

Задача 3.

 Літій зазвичай отримують електролізом розплаву літій хлориду. Для зниження температури плавлення електроліту в нього додають калій хлорид. Електроліз суміші, яка наполовину складається з калій хлориду, можливий вже при 400 – 430 °С. Однак літій, що отримують при цьому містить домішку калію в кількості 0,39 %.

Складіть рівняння реакцій, що відбуваються на електродах при електролізі розплаву цієї суміші. Визначте масу калій хлориду, що піддалась електролізу, якщо було отримано 200 г такого літію.

Тест самоконтролю за темою «Електроліз»

Тест складається з 12 завдань, за допомогою яких можна перевірити і оцінити свої знання з теми “Ступінь окиснення хімічного елемента”.

Тест містить

7 завдань з вибором однієї правильної відповіді із чотирьох запропонованих, кожне таке завдання оцінюється в 0 або 2 тестових бали: 2 бали, якщо вказано правильну відповідь, 0 балів, якщо вказано неправильну відповідь;
2 завдання з вибором кількох правильних відповідей із п’яти запропонованих, яке оцінюється в 0 або 2 тестові бали: 2 бали, якщо завдання виконане правильно, 0 балів, якщо правильної відповіді не надано, або надані не всі правильні відповіді;
1 завдання на встановлення відповідності, яке оцінюється в 2, 4, 6 або 8 тестових балів: 2 бали за кожну правильно встановлену відповідність; 0 балів, якщо не вказано жодної правильної логічної пари;
1 завдання на встановлення правильної послідовності, кожне з яких оцінюється в 0, 2, 4 або 6 тестових балів: 6 балів, якщо правильно вказано послідовність всіх понять, 4 бали, якщо правильно вказано перше та останнє поняття, 2 бали, якщо правильно вказано перше або останнє поняття, 0 балів, якщо вказано неправильну відповідь;
1 завдання відкритої форми з короткою відповіддю, під час розв’язання яких треба вписати числовий результат. За виконання завдання цієї форми можна отримати 0 або 4 бали.
Максимально можливий бал за правильно виконаний тест – 36 балів.

Після проходження тесту Ви побачите частку вашого балу від максимально можливого.

Необходимо указать текст.
Необходимо указать текст.