- •Лекция 12. Электролиз
- •Электролиз водных растворов солей
- •Особенности катодных процессов в водных растворах
- •Примеры решения задач
- •Электролиз расплавов электролитов
- •Законы Фарадея
- •Практическое применение электролиза
- •Электрохимический ряд напряжений металлов
- •Стандартные электродные потенциалы металлов
- •Перенапряжение
- •Стандартные электродные потенциалы окислительно-восстановительных систем
- •Окислительно-восстановительные потенциалы некоторых систем (инертный электрод – платина)
- •Контрольная работа №12
Практическое применение электролиза
Электролиз используют в различных областях современной техники. Приведем несколько основных направлений применения.
Получение активных металлов. Такие активные металлы, как натрий, литий, магний, алюминий, бериллий, кальций, а также сплавы некоторых металлов, получают электролизом расплавов их соединений.
Электрорафинирование металлов. Для очистки (рафинирования) металлов (меди, золота, серебра, никеля, кадмия и др.) их отливают в пластины, которые используют в качестве анода, катод же изготовляется из чистого металла, электролитом служит водный раствор соли металла. Процесс сводится к растворению анода в процессе электролиза и осаждению чистого металла на катоде. При этом примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми (анодный шлам), либо переходят в электролит, но на катоде не осаждаются. Например, при электрорафинировании меди электролитом служит раствор сульфата меди и серной кислоты, анод изготавливают из неочищенной (черновой) меди. При электролизе загрязнения из более благородных металлов (Ag, Au) в раствор не переходят и собираются на дне электролизера. Загрязнения из менее благородных металлов (Pb, Fe, Zn), как и сама медь, переходят в раствор, но на катоде не осаждаются и поэтому не загрязняют осаждающуюся на нем медь. Электрорафинированием получают также чистые никель, кадмий, алюминий и другие металлы.
Гальванопластика. Электролиз с растворимым анодом используется в гальванотехнике для покрытий одних металлов тонкими слоями других. При этом покрываемое металлом изделие является при электролизе катодом, а в качестве анода используется металл покрытия. Так, хромирование применяют для увеличения твердости поверхностного слоя, а также повышения коррозионной стойкости черных металлов. Никелирование используют для изменения внешнего вида изделия и т. п. Иногда нанесение многослойных покрытий применяют с целью уменьшения расходов дорогих металлов. Например, прочное и стойкое покрытие внешних деталей автомобиля достигается нанесением тонких слоев меди, никеля, а затем хрома.
Электрохимическая обработка поверхности металлов может быть использована для полировки поверхности, электрохимического окрашивания, заточки режущих инструментов и т. д.
Электрохимический ряд напряжений металлов
Электрохимический ряд напряжений металлов – это ряд стандартных электродных потенциалов металлов, расположенных в порядке их возрастания.
Таблица 1
Стандартные электродные потенциалы металлов
Элемент |
Электродная реакция |
Е0, В |
Элемент |
Электродная реакция |
Е0, В |
Цезий |
Cs+ +e- Cs0 |
–3,08 |
Кадмий |
Cd2+ +2e Cd0 |
–0,40 |
Литий |
Li+ +e- Li0 |
–3,02 |
Таллий |
Tl+ +e- Tl0 |
–0,34 |
Рубидий |
Rb+ +e- Rb0 |
–2,99 |
Кобальт |
Co2+ +2e Co0 |
–0,28 |
Калий |
K+ +e- K0 |
–2,92 |
Никель |
Ni2+ +2e Ni0 |
–0,25 |
Барий |
Ba2+ +2e Ba0 |
–2,90 |
Олово |
Sn2+ +2e Sn0 |
–0,14 |
Стронций |
Sr2+ +2e Sr0 |
–2,89 |
Свинец |
Pb2+ +2e Pb0 |
–0,13 |
Кальций |
Ca2+ +2e Ca0 |
–2,87 |
Водород |
2H+ +2e H2 |
0,00 |
Натрий |
Na+ +e Na0 |
–2,71 |
Сурьма |
Sb3+ +3e Sb0 |
+0,20 |
Лантан |
La3+ +3e La0 |
–2,37 |
Висмут |
Bi3+ +3e Bi0 |
+0,23 |
Магний |
Mg2++2e Mg0 |
–2,34 |
Медь |
Cu2+ +2e Cu0 |
+0,34 |
Бериллий |
Be2+ +2e Be0 |
–1,70 |
Серебро |
Ag+ +e Ag0 |
+0,80 |
Алюминий |
Al3+ +3e Al0 |
–1,67 |
Палладий |
Pd2+ +2e Pd0 |
+0,83 |
Титан |
Ti2+ +2e Ti0 |
–1,63 |
Ртуть |
Hg22++2e Hg0 |
+0,79 |
Марганец |
Mn2++2e Mn0 |
–1,05 |
Ртуть |
Hg2+ +2e Hg0 |
+0,85 |
Цинк |
Zn2+ +2e Zn0 |
–0,76 |
Платина |
Pt2+ +2e Pt0 |
+1,20 |
Хром |
Cr3+ +3e Cr0 |
–0,71 |
Золото |
Au3++3e Au0 |
+1,50 |
Железо |
Fe2+ +2e Fe0 |
–0,44 |
Золото |
Au+ +e Au0 |
+1,68 |
Стандартный электродный потенциал – это электродный потенциал, определенный при стандартных условиях: концентрация (точнее, активность) ионов металла в растворе равна 1 г-ион /л при температуре 25 ºС (298 ºК), измеренный по отношению к стандартному водородному электроду сравнения. Обозначается обычно Е0 (φ0), измеряется в вольтах (В). Стандартные электродные потенциалы являются количественной характеристикой восстановительной способности атомов металлов и окислительной способности ионов этих металлов. Чем более отрицательное значение Е0Ме+n/Ме0, тем более сильной восстановительной способностью обладают металлы, а их ионы являются слабыми окислителями. Напротив, чем более положительное значение Е0Ме+n/Ме0, тем более сильной окислительной способностью обладают ионы металла, а атомы металла являются слабыми восстановителями