6.Электролиз расплавов и растворов солей. Катодные и анодные процессы. Законы Фарадея.
Электролиз — совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.
Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.
На катоде, происходит процесс восстановления (принятие электронов). На аноде идет процесс окисления (отдача электронов).
Электролиз расплавов
|
1) Расплав NaCl (t=850ºC)
|
2) Расплав KOH
|
Электролиз водных растворов
На процессе электролиза в водных растворах влияние оказывают продукты диссоциации воды
Катодный процесс
Поведение катионов металлов при электролизе зависит от расположения металла в ряду активности, возможны 3 случая:
а) катионы металлов (от Li+ по Al3+) не восстанавливаются на катоде, а вместо них восстанавливаются молекулы воды;
б) катионы металлов (от Sn2+ по Au+) полностью восстанавливаются на катоде;
в) катионы металлы средней части ряда от (Al3+ до Sn2+) восстанавливаются на катоде одновременно с молекулами воды.
Вода на катоде (-)
А) кислая среда рН<7
Б) нейтральная и щелочная рН>=7
Анодный процесс
Аноды могут быть растворимые (активные) и нерастворимые (инертные).
Активные аноды изготавливают металлов (из меди, серебра, железа), они сами растворяются, т.е. окисляются при электролизе.
Инертные аноды из угля, графита, платины, они не окисляются, т.е. не растворяются при электролизе, а служат для передачи электродов во внешнюю цепь. На инертном аноде происходит окисление анионов раствора или молекул воды. При этом анионы бес кислородных кислот легко окисляются, а вместо кислородосодержащих анионов окисляется вода.
|
Cl-, Br-, I-, S2- окисляются сами
|
NO3-, SO42-, PO43-, CO32- окисляются молекулы воды
|
Вода на аноде (+)
А) щелочная среда рН>7
Б) нейтральная и кислая среда
Законы электролиза
Количественная характеристика процессов электролиза определяется законами Фарадея.
Первый закон Фарадея
Масса вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду, прошедшему через электролит.
Второй закон Фарадея
При постоянном количестве прошедшего электричества массы образующихся на электродах веществ пропорциональны их эквивалентным массам:
Для выделения 1 эквивалента вещества нужно пропустить через электролизер 1 Фарадей количества электричества:
1F=96500 Кл/моль=26,8г/А*ч
В обобщенном виде законы Фарадея записывают:
где m - масса в-ва образуемого на электроде (в г); Мэ – эквивалентная масса; i – сила тока (в А);
τ – время электролиза; q – количество электричества
Электрохимический эквивалент КЭ – число, показывающее какая масса вещества выделится на электродах при прохождении 1 Кл электричества
Выход по току
Показателем эффективности электролиза является выход по току – отношение массы фактически полученного при электролизе полезного продукта к его массе отвечающей законам Фарадея:
7.Комплексные соединения. Состав и строение комплексных соединений: комплексообразователь, лиганды, комплексный ион, координационное число, внутренняя и внешняя сфера. Номенклатура комплексных соединений.
При взаимодействии молекул часто образуются более сложные соединения, соединения высшего порядка.
Одни из них диссоциируют на все составляющие ионы, и называются двойными солями (1), другие на сложные (комплексные ионы), и называются комплексными или координационными соединениями (2).
К комплексным соединениям относятся такие вещества, которые содержат группу, способных к независимому существованию атомов или молекул (лигандов), координированных в определенном порядке, вокруг центрального атома, называемого комплексообразователем.