3703 ХИМИЯ: ЭЛЕКТРОЛИЗ. КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ

ЭЛЕКТРОЛИЗ

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Ознакомление с законами электролиза и приобретение практических навыков проведения электролиза водных растворов солей.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Электролизом называется совокупность химических реакций, состоящих из первичных и вторичных процессов, которые протекают на электродах и в приэлектродных областях при прохождении электрического тока, подаваемого от внешнего источника питания, через раствор или расплав электролита.

Электролиз осуществляется в электролизере, состоящем из двух электродов, погруженных в электролит. За счет электрической энергии на электродах протекают окислительно-восстановительные процессы, сопровождающиеся образованием активных электрически нейтраль-ных молекулярных или атомных частиц (первичные процессы), например, выделение на катоде атомарного водорода.

Реакции взаимодействия образующихся активных частиц, например, образование на поверхности катода молекулы H2 из двух выделяющихся атомов водорода, определяют вторичные процессы. Электрохимические процессы при электролизе характеризуют собой превращение электрической энергии в химическую.

В качестве электродов используются металлические и графитовые стержни, имеющие электронную проводимость. Катод подключают к отрицательному полюсу источника тока, а анод – к положительному, на которых протекают реакции восстановления (на катоде) и окисления (на аноде). Таким образом, при электролизе протекают процессы, обратные протекающим в гальванических элементах и химических источниках тока.

Электролитами являются водные растворы и расплавы солей. На характер и течение электродных процессов при электролизе большое влияние оказывают состав электролита, материал электрода и режим электролиза (напряжение, плотность тока, температура и т. д.).

 

2

 

 

Тот наименьший потенциал, при котором становится возможным электролиз, называется потенциалом разложения . Он равен разности равновесных электродных потенциалов, соответ-ственно катиона и аниона вещества электролита:

.

Так, например, потенциал разложения хлорида натрия   1,36 - (-2,714) = 4,074 В.

Поскольку потенциал разложения характеризует собой ЭДС гальванического элемента, которая возникает из-за выделения на электродах продуктов электролиза и направлена против ЭДС внешнего источника тока, для поддержания процесса электролиза необходимо компенсировать потенциал разложения.

Плотность тока, от которой зависит скорость выделения веществ на электродах, определяется отношением силы тока  к поверхности электрода  контактирующей с электролитом:

(А/м2).                                                                                  (1)

Электролиз сопровождается направленным движением ионов электролита к электродам и разрядкой ионов на электродах. При электролизе водных растворов солей к электродам подходят гидратированные ионы соли, а также полярные молекулы воды и продукты ее диссоциации: ионы Н+3О+) и ОН-.

Прохождение тока через электролизер сопровождается изменением равновесных потенциалов электродов, которое называется электродной поляризацией.

На рис.1 представлена зависимость потенциалов электродов от плотности тока. При плотности тока jx показан сдвиг потенциалов относительно равновесных EрА и EрК и обозначены поляризации анода ∆ЕА = Е - ЕА и катода ∆ЕК = ЕрК – Е.

Напряжение U, прикладываемое от внешнего источника к электролизеру, определяется разностью равновесных потенциалов электродов ∆Ер = ЕрА – ЕрК, поляризацией электродов ∆Е = ∆ЕА + ∆ЕК, протекающим через электролизер током I и сопротивлениями проводников первого рода (металлических) – r1 и второго рода (электролита) – r2:

3

 

 

U =∆Ер + ∆Е + I(r1 + r2),                                                                  (2) где I(r1 + r2) – общее омическое падение напряжения в электролизере.

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Рис. 1. Поляризационные кривые анода (1) и катода (2)

 

Поляризация электродов вызвана замедленностью отдельных стадий электродных процессов. Если лимитирующей является стадия доставки ионов или молекул к поверхности электрода, то поляризация называется концентрационной ∆ЕКОНЦ, так как потенциал электрода сдвигается от равновесного из-за изменения концентрации реагентов в приэлектродном слое. В соответствии с  уравнением Нернста концен-трационная поляризация может быть выражена через активности ионов в объеме раствора aV и в приэлектродном слое aS (или через соответст-вующие концентрации ионов сV и cS в разбавленных растворах):

.                                           (3)

 

 

4

 



 
химия Изи Лайф. Группирование с помощью Элемент. будет произведен сбор химических