Fundamentals Elektrokémiai - alapjai Elektrokémiai és fémek korrózióját és fém elektród potenciál EMF
3. példa Elektrolízis kálium-szulfát-oldattal K2 SO4.
A vizes oldatot tartalmaz, kálium-szulfát-ionokat K +. Által alkotott disszociációja a só és az ionok H + és OH - a víz.
Mivel a K + ionok lemerült nehezebb, mint H + ionok. és ionok, mint az ionok OH -. majd amikor az elektromos áram kerül lemerült a katód, hidrogén-ionok vízből. közelében az anód - hidroxilcsoportjának vizet, azaz, sőt, a víz elektrolízisével fog bekövetkezni.
A teljes folyamat egyenletét lesz:
Ugyanakkor, mivel a kisülési hidrogén és hidroxil ionokat, és a víz folyamatos elmozdulása K + ionok a katód, és az ionok az anód a katód van kialakítva, hogy alkalikus oldatot (KOH), míg az anód - kénsav oldat.
4. példa elektrolízis réz-szulfát oldat oldható (aktív), réz anóddal.
Speciálisan elektrolízis bevételt oldható elektródák. Ebben az esetben, az anód anyaga azonos fémsó, amely oldatban van. Ebben az esetben nem ionok az oldatból az anódon nem lemerült, és az oxidációt az anód anyag maga. azaz anód maga feloldódik fokozatosan küldő be ionokat és elektronokat ad áramforrás megoldást.
Kialakítva az anódon réz kationok kerülnek át a sóoldat, hogy a katód. A helyreállítási folyamat csökken a szétválasztása réz a katód:
Száma CuSO 4-só oldatban állandó marad.
Ily módon, amikor eljárást végző elektrolízis oldható elektródák zajlik átadása az elektród anyaga (réz ebben az esetben) az anód és a katód.
A mennyiségi aránya az elektrolizáló
Mennyiségi számítások az elektrolízis eljárást végzik alapján jogszabályok Faraday.
Az első törvénye Faraday.
Mass kibocsátott anyagra az elektródon az elektrolízis során arányos a villamos energia mennyisége vezetünk át az oldaton.
ahol m - tömege redukált vagy oxidált anyag (g); k - arányossági tényező (elektrokémiai ekvivalens) (g / C); Q - villamos energia mennyisége áthaladt az elektrolit (Cl).
Emlékezzünk arra, hogy a függő (Cl) - A villamosenergia-mennyiség halad át a drót, amikor áram erőssége 1 amper (A) alatt 1 s.
Villamos mennyiség Q számítjuk, mint a termék az áramerősség I amper t ideig másodpercben.
Elektrokémiai ekvivalens (k) egy súlyt anyag redukálódik a katód és oxidált az anódon átengedve oldatot 1 Kl villamosenergia. A nagysága az elektrokémiai egyenértékű lehet a következő képlettel számítjuk:
ahol Mekv. - moláris ekvivalens tömege ez az anyag (g / mol); F - Faraday állandó.
Faraday-állandó az az összeg, a villamos energia szükséges elszigetelten oldott 1 mólekvivalens anyagot (F = 96500 C / mol). Ez megegyezik a töltés villamos mennyiség 1 mól (6,02 ∙ október 23) az elektronok.
Mólekvivalens súlya az elem, viszont megtalálhatók hányadosaként moláris tömege az elem annak vegyértékű:
Mekv (Ag) = = = = 108 g / mol,
Mekv (Ag) = = = = 108 g / mol,
Mekv (Cu) = = = = 32 g / mol,
Mekv (Al) = = = = 9 g / mol.
Átadásával villamosenergia Cl 96500 kiemelte a katódon, illetve 108 g ezüst, 32 g réz vagy alumínium 9 g.
Így a kvantitatív számítások az elektrolízis folyamata, akkor a következő képlet:
A második törvénye Faraday.
Súlyok oxidáció és kinyerjük az elektróda anyagok átengedve oldatot ugyanolyan mennyiségű villamos energia arányos a tömegek mólekvivalens.
Érdemes szem előtt tartani, hogy ha a kisülési egy egyszeres töltésű ion (azaz például Na + Cl -.) Szükséges egy elektron, akkor a elosztását 1 mól oldat azonos elektrolit ionok szükséges számú elektronok számával megegyező az Avogadro - 6,02 · 1023 (1 mól elektron). Ez az elektronok száma csak egy teljes díj egyenlő 96500 Cl. Ennek megfelelően, mentesítés 1 mól kétszeres töltésű ionok kell 2 mól elektron, vagy villamos mennyiség, egyenlő 2 · Cl 96500, stb
A fenti általános képletű, lehetőség van, hogy készítsen egy számos vonatkozó számítások az elektrolízis folyamat, például:
megtalálni az áramerősség száma megjelent anyagot és időt töltött a megjelenése;
megállapítani, hogy meddig tart kiosztani egy bizonyos mennyiségű anyagot egy adott áram.
Gyakorlati alkalmazása az elektrolízis
Elektrokémiai folyamatok széles körben használják különböző területeken a modern technológia. Használata az elektron-Roliz kereskedelemben kapott klór és fluor, schelo- chi, klorátok és perklorátok, kémiailag tiszta hidrogén és oxigén, stb
A vaskohászatban elektrolízis kivonására használnak fémek ércekből. Média elektrolízissel előállított olvadt alumínium, magnézium, titán, cirkónium, urán, berillium vagy egyéb fémek. A fémek tisztítására elektrokémiai finomítás. Finomítás (tisztítási) fém elektrofémkinyerés azokból öntött lemez és elhelyezni anódok az elektrolizáló cellában. Amikor áramot engedünk a fém meg kell tisztítani vetik alá anódos oldódás, azaz Ez megy oldatba formájában kationok. Ezután, a fém kationok távoznak a katódon. ezáltal egy tiszta fém csapadék. Szennyezések az anód, vagy maradjon oldhatatlan (kicsapott anódként iszap), vagy át az elektrolit oldatot és eltávolítjuk.
Galvanikus - területén alkalmazott elektrokémia, foglalkozó folyamata fémbevonással felszínén mind fémes, mind nemfémes termékek átadásával közvetlen elektromos áram segítségével megoldásokat sóik. Különösen meg kell jegyezni, Galvanizálás érték magas technológiák (HiTec), mint például mikroszerkezeti mérnöki, elektronikai és mások. Galvanizálás van osztva a borítás és electroforming.
Galvanizálás (a görög fedelet.) - galvanikusan a fém felületén egy másik fém, amely szorosan összefügg a bevonófém (vagy nem-fémes speciálisan kezelt alany) szolgáló a katód a sejt. Tárgyak bevonására cink, kadmium, nikkel, króm, arany és más fémek ad a termék nem csak a szép megjelenés, hanem megvédi a fémet a korróziós károk.
Galvanikus - termelés elektrolízissel pontos, könnyen levehető fém másolatok (mátrixok), a különféle, mind a nem-fémes és fémes dombornyomott elemeket. A Elektrotípia gyártott mellszobrok, szobrok, és így tovább. D.
Emellett segítségével elektrolízis:
kapnak védő és dekoratív oxidfilm fém felületeken (eloxált)
hajtjuk dimenziós fém elektrokémiai kezelés (elektrokémiai marás)
magatartása felületkezelése fém termékek (elektrokémiai polírozás)
hajtjuk elektrokémiai fém festést hajtjuk elektrokémiai forgácsolószerszámok élezése (például sebészeti kések, borotvák és hasonlók. D.)
felvitt fémes bevonatok kopott fémbevonat javítási célokból,
alkalmazott zománc bevonat por elektrosztatikus módszerrel.
12.1. KÉRDÉSEK SELF
1. Mi az elektrolízis?
2. Milyen folyamatok zajlanak az elektrolízis?
3. Hogyan elektrolizáló?
4. Mik a töltés a elektrolízisével) anód; b) egy katódot?
5. Melyik elektród mozgó elektrolízis kationok?
6. Hogyan töltött elektród, amelynek anionok mozogni az elektrolízis?
7. Milyen folyamat megy végbe az elektrolízis:
a) az anódon, b) a katódon?
8. Milyen típusú anódot használt elektrolízis?
9. Milyen folyamat az elektrolízis oldhatósági az anód?
10. Milyen anyagokat az inert (oldhatatlan) anódok?
11. Mi a sorrend a kisülési ionok elektrolízis során az anódon?
12. Mi a szekvencia a hasznosítás kationok elektrolízissel a katódon?
13. A törvény alapján létrehozott való függését anyag tömege képződik elektrolízis során. időről időre, a jelenlegi erőssége és jellege, az elektrolit?
14. hogy a szöveg azt Faraday-törvény.
15. Hozd a készítmény II Faraday-törvény.
16. Mennyire fontos a Faraday-állandó?
17. Mi az elektrokémiai egyenérték? Mi az a dimenzió azt?
18. Milyen az elektrokémiai megfelelője a fém?
19. Hogyan számítsuk moltömegére fém megfelelője?
20. Mi a kimeneti áram?
21. Mik az alkalmazások elektrolízis.
12.2. Példák megoldása tipikus kapcsolatos problémák
1. példa: hány gramm réz van kiemelve a katódon átengedve réz-szulfát-oldatot (II) SuSO4 áram 5 amper 10 percig?
Számának meghatározása eltelt áramot vezetnek át az oldatot:
ahol I - amperben; t - az idő másodpercben.
Q = 5A ∙ 600 = 3000 A = 3000 ∙ medál.
Móltömeg réz ekvivalens (moláris tömege 64) egyenlő 64: 2 = 32 g / mol. Ezért, 96500 pendant izolált 32 g réz. Keresek réz:
2. példa Hogy ideig tart, hogy áthaladjon a savas oldatot egy 10 A áramerősséggel, így 5,6 liter hidrogén (STP)?
Moláris tömeg ekvivalens hidrogén van:
Moláris hidrogén tömeg M (H2) = 2 g / mol. Egy mól hidrogén-molekulák tömege 2 g, és elfoglalja STP térfogata 22,4 liter. Ebből következik tehát, hogy az 1 mól ekvivalens hidrogén, amelynek tömege 1 gramm, ha n tart. y. térfogata 11,2 liter. Izolálására oldott 1 mol ekvivalens 1 szüksége Faraday villamos (Cl 96500).
Megtalálni a villamos mennyiség amelynek át kell haladnia a megoldást, különítettek el azt a 5,6 liter hidrogéngáz.
A szükséges villamos energia mennyisége:
11.2 l - Cl 96500,
Mi határozza meg a folyosón a jelenlegi:
t = Q / I = 48250/10 = 4825 c = 1 óra 20 perc 25 mp.
3. példa A áthaladását átfolyó áram az ezüst-nitrát oldatot a katód állt ki 10 percig. 1 g ezüst. Határozzuk meg az áram erőssége.
Tömege 1 mol ekvivalens ezüst egyenlő 108, izolálása 1 g ezüst-oldatot kell áthaladjon 96500 108 894 medál. Ezért áram:
4. példa Find moláris ekvivalens tömege ón, ha a jelenlegi 2,5 amper ón-klorid (II) SnCl2 30 perc alatt. áll ón súlyú 2,77 g
A villamos energia mennyisége engedünk az oldaton keresztül 30 percig. Ez lesz egyenlő:
Q = 2,5 30 ∙ ∙ 60 = 4500 coulomb.
Mivel izolálására 1 mólekvivalens mennyiségű villamos energia szükséges, hogy 96,500 coulomb, a moláris tömege ón egyenértékű:
MEq. (Sn) = (2,77 ∙ 96500) / 4500 = 59,4 g / mol.
12.2. CÉLOK ÉS TEVÉKENYSÉGEK
1. Határozza meg a számát, amelyben a képlet a kibocsátott anyag a katód az elektrolízis vizes nátrium-klorid?
2. Milyen száma adott folyamat előforduló a katód az elektrolízis során a vizes nátrium-szulfát oldat?
1) 2H2 O - 4E O2 + 4H +. 3) Na + + 2e Na 0
3. Milyen akkumulátor terminál (pozitív vagy negatív) kell csatlakoztatni egy acél tárgy mikor nikkelezés? Adja meg a számát a helyes választ:
1) egy negatív,
2) pozitív.
4. Írja be a számot vagy mennyiségének szobákat. amely alatt ez található képlet anyagokra, amelyekre lehetetlen elvégezni elektrolízis az olvadék folyamat:
5. tartalmazó vizes oldat keveréke réz-nitrát, ólom, ezüst, kálium, cink és lítium azonos koncentrációkban, vetettük alá elektrolízis. Írja moláris anyag tömege. ami lecsökken a katód az első helyen.
6. A mi szám azt mutatja, egy olyan szekvenciát, amelyben a katód osztják fémek vizes oldatok elektrolízisével ionokat tartalmazó Zn 2+. Ag +. Cu 2+ koncentrációja ugyanaz?
1) Cu Ag Zn, 2) Cu Zn Ag, 3) Zn Cu Ag, 4) Ag Zn Cu, 5) Ag Cu Zn.
7. Adja meg a számát vagy mennyiségét légkondicionált szobák, melyek alatt található anyagok nevét. A vizes oldatok elektrolízisével, ahol csak a fém megjelent a katódon.
2) réz-klorid (II),
8) Ezüst-nitrát,
16) nátrium-szulfid.
8. A szám vagy az összege szobákat, amely szerint van az anyagok nevét, a vizes oldatok elektrolízisével amelynek csak hidrogén szabadul fel a katód.
2) nikkel-kloridot (II),
4) kalcium-bromid,
8) Ezüst-nitrát,
16) nátrium-jodidot.
9. A szám vagy az összege szobákat, amely szerint van az anyagok nevét, a vizes oldatok elektrolízisével amelyek részére a katód és a hidrogén és egy fém:
1) króm-klorid (III),
2) réz-szulfát (II),
8) Ezüst-nitrát,
16) cink-szulfát.
10. számának meghatározása vagy mennyiségének szobákat, amely szerint van az anyagok nevét, a vizes oldatok elektrolízisével, amely oxigént felszabaduló az anódon:
1) ezüst-fluorid,
2) réz-klorid (II),
8) Ezüst-nitrát,
16) nátrium-hidroxid.
11. számának meghatározása vagy mennyiségének szobákat, amely szerint van az anyagok nevét, a vizes oldatok elektrolízisével, ahol azok tömeghányada az oldatban csökken:
1) ezüst-nitrátot
2) réz-klorid (II),
4) kálium-szulfát,
8) nátrium-nitrát,
16) kálium-fluorid.
12. Írja be a számot, amely alatt az adott nevet a legerősebb oxidálószer:
3) tömény kénsavat,
4) elektromos áram az anódon elektrolízis során,
5) elektromos áram a katód az elektrolízis során?
13. Az, amit jelzett szám képletű anyagok kibocsátott az elektródákat az elektrolizáló vizes ezüst-nitrát oldatot?
14. Az milyen számot a képlet olyan anyagokat tartalmaz képződik az oldatban, miután a nátrium-klorid elektrolízisével megoldás?
1) Na, 2) H2, 3) Cl2, 4) NaOH, 5) NaClO3-at.
15. A milyen számot színezőanyagot tartalmaz, az indikátor metilnarancs, amely akkor azt az oldatban a katódon az elektrolízis egy vizes kálium-jodid?
16. Adja meg a számát vagy mennyiségét légkondicionált szobák, melyek alatt található anyagok nevét, az elektrolízis termékeinek, amelyek azonosak mindkét megoldás, és elolvad:
1) ezüst-fluorid,
2) réz-klorid (II),
8) higany-kloridot (II),
16) nátrium-hidroxid.
17. számának meghatározása vagy mennyiségének szobákat, amely szerint van az anyagok nevét, a vizes oldatok elektrolízisével amelyben redox folyamatokat a elektródák részt víz:
1) ezüst-fluorid,
2) bromid, réz (II),
8) higany-klorid (II,
16) nátrium-szulfátot.
18. számának meghatározása vagy mennyiségének szobákat, amely szerint van az anyagok nevét, a vizes oldatok elektrolízisével a lúg, amely lehet előállítani:
1) magnézium-klorid,
8) higany-kloridot (II),
16) nátrium-szulfátot.
19. A elektrolízise vizes réz-szulfát (II), réz anóddal ellátott katód tömegéhez nőtt 320. Mi az anyag mennyiségét a réz ionok (mólban) olyan oldatba visszük a?
20. számának meghatározása vagy mennyiségének szobákat, amely szerint van a sók általános képletű, a vizes oldatok elektrolízisével fém kiválasztása, amely nem fordul elő:
21. Keresztül elektrolitikus víz higany-nitrát-oldattal (II) és ezüst-nitrát hiányzott a azonos mennyiségű villamos energia. A higanyos súlyú 402 g Mi a tömege, grammban megjelent ezüst?
22. Számítsuk ki a klór mennyisége literben (STP), amely elérhető tömeg 585 g nátrium-klorid elektrolízis az olvadék feltételezve, hogy a nátrium-klorid teljesen elfogy.
23. Az elektrolízis során a réz-szulfát-oldatot, hogy a réz elektróda a katód tömegéhez nőtt 40 g. Milyen mennyiségű villamos energia (coulombban) vezetünk át az oldaton,?
24. Kálium-hidroxid, amely tömege (gramm) van kialakítva áthaladó káliumsóját 48250 coulomb villamos megoldás?
25. A kadmium tömeges állt a katódon, ha keresztül a kadmium-szulfát oldatot vezettük áram 3,35 A-on egy órán? A válasz kerekíteni egész számra, és így grammban.
26. Egy ezüst súly különítettek a katód, ha miután az ezüst-nitrát oldatot vezettük elektromos áram 0,67 A 20 órán át? A válasz kerekíteni egész számra, és így grammban.
27. Az elektrolízis során az alkálifém-klorid képződött alkálifém súlyú 3,06 g és a klór mennyisége 336 ml (STP). Határozza meg a relatív atomtömegű alkálifém.