Сделай Сам Свою Работу на 5

Процессы, протекающие на электродах при электролизе растворов

КАТОД (-) Не зависят от материала катода; зависят от положения металла в ряду напряжений АНОД (+) Зависят от материала анода и природы анионов.
Анод нерастворимый (инертный), т.е. изготовлен из угля, графита, платины, золота. Анод растворимый (активный), т.е. изготовлен из Cu, Ag,Zn, Ni, Fe и др. металлов (кроме Pt, Au)
1.В первую очередь восстанавливаются катионы металлов, стоящие в ряду напряжений после H2: Men+ +nē → Me° 1.В первую очередь окисляются анионы бескислородных кислот (кроме F- ): Am- - mē → A° Анионы не окисляются. Идёт окисление атомов металла анода:   Me° - nē → Men+ Катионы Men+переходят в раствор. Масса анода уменьшается.
2.Катионы металлов средней активности, стоящие между AlиH2, восстанавливаются одновременно с водой: Men+ + nē →Me° 2H2O + 2ē → H2↑ + 2OH- 2.Анионы оксокислот (SO42-, CO32-,..) и F-не окисляются, идёт окисление молекулH2O: 2H2O - 4ē → O2↑ +4H+
3.Катионы активных металлов от Li до Al (включительно) не восстанавливаются, а восстанавливаются молекулыH2O: 2H2O + 2ē →H2↑ + 2OH- 3.При электролизе растворов щелочей окисляются ионы OH-: 4OH- - 4ē → O2↑ +2H2O
4.При электролизе растворов кислот восстанавливаются катионы H+: 2H + + 2ē → H20


Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.

Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

Законы Фарадея можно записать в виде следующей формулы:

где:

· m — масса осаждённого на электроде вещества в граммах

· Q — полный электрический заряд, прошедший через вещество



· F = 96 485,33(83) Кл·моль−1 — постоянная Фарадея

· M — молярная масса вещества (Например, молярная масса воды H2O = 18 г/моль)

· z — валентное число ионов вещества (число электронов на один ион).

 

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда Qf к теоретически необходимому Qt для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса mf.

Иногда выход по току рассчитывается как отношение массы при фактическом массопереносе mf к теоретическому массопереносу mt, рассчитанному по 1-му закону Фарадея:

 

41. сущность электролиза. анодные и катодные процессы.

Сущность электролиза заключается в том, что при пропускании тока через раствор электролита ( или рас плавленный электролит) положительно заряженные ионы перемещаются к катоду, а отрицательно заряжен ные - к аноду. Достигнув электродов, ионы разряжаются, в результате чего у электродов выделяются составные части растворенного электролита или водород и кислород из воды. Анодные и катодные процессы локализуются на тех участках, где их протекание облегчено. Причины, вызывающие электрохимическую неоднородность поверхности, весьма многочисленны: макро - и микронеоднородности металла; фазовая и структурная неоднородности металла; фазовая и структурная неоднородности сплавов; анизотропия кристаллитов; неоднородность и несплошность поверхностных пленок; неоднородность распределения деформаций и напряжений. Кроме того, неоднородны и жидкие фазы, контактирующие с поверхностью

40. Химические источники тока. Гальванические элементы. Аккумуляторы. Топливные элементы

Химические источники тока Химические источники тока, устройства, вырабатывающие электрическую энергию за счёт прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительных реакций. Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был «элемент Вольта» — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, с проволочными токовыводами. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа «вольтовым столбом». Это изобретение впоследствии использовали другие учёные в своих исследованиях. Так, например, в 1802 году русский академик В. В. Петров сконструировал вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги. В 1836 году английский химик Джон Даниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниеля». В 1859 году французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор, поместив скрученную в рулон тонкую свинцовую пластину в серную кислоту. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах.В 1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 в качестве деполяризатора с угольным токоотводом. Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств.В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia».Самый старый, поныне работающий гальванический элемент — серебряно-цинковая батарея, изготовленная в Лондоне в 1840 году. Подключенный к двум таким последовательно соединенным батареям звонок работает и по сей день в Кларендонской лаборатории Оксфорда. Основу химических источников тока составляют два электрода (отрицательно заряженный анод, содержащий восстановитель, и положительно заряженный катод, содержащий окислитель), контактирующие с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно-разделённых процессов: на отрицательном аноде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят по внешней цепи к положительному катоду, создавая разрядный ток, где они участвуют в реакции восстановления окислителя. Таким образом, поток отрицательно заряженных электронов по внешней цепи идет от анода к катоду, то есть от отрицательного электрода (отрицательного полюса химического источника тока) к положительному. Это соответствует протеканию электрического тока в направлении от положительного полюса к отрицательному, так как направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике.В современных химических источниках тока используются: в качестве восстановителя (материал анода) — свинец Pb, кадмий Cd, цинк Zn и другие металлы; в качестве окислителя (материал катода) — оксид свинца(IV) PbO2, гидроксооксид никеля NiOOH, оксид марганца(IV) MnO2 и другие;в качестве электролита — растворы щелочей, кислот или солей.

Классификация.По возможности или невозможности повторного использования химические источники тока делятся на: гальванические элементы (первичные ХИТ), которые из-за необратимости протекающих в них реакций невозможно перезарядить; электрические аккумуляторы (вторичные ХИТ) — перезаряжаемые гальванические элементы, которые с помощью внешнего источника тока (зарядного устройства) можно перезарядить; топливные элементы (электрохимические генераторы) — устройства, подобные гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне, а продукты реакций удаляются из него, что позволяет ему функционировать непрерывно.Следует заметить, что деление элементов на гальванические и аккумуляторы до некоторой степени условное, так как некоторые гальванические элементы, например щелочные батарейки, поддаются подзарядке, но эффективность этого процесса крайне низка.По типу используемого электролита химические источники тока делятся на кислотные (например свинцово-кислотный аккумулятор, свинцово-плавиковый элемент), щелочные (например ртутно-цинковый элемент, ртутно-кадмиевый элемент, никель-цинковый аккумулятор, никель-кадмиевый аккумулятор) и солевые (например, марганцево-магниевый элемент, цинк-хлорный аккумулятор).

Гальванические элементы[править | править вики-текст]

Основная статья: Гальванический элемент

Гальванический элемент — химический источник электрического тока, названный в честь Луиджи Гальвани. Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока.

Смотрите также Категория: Гальванические элементы.

Тип Катод Электролит Анод Напряжение, В
Марганцево-цинковый элемент MnO2 KOH Zn 1,56
Марганцево-оловянный элемент MnO2 KOH Sn 1,65
Марганцево-магниевый элемент MnO2 MgBr2 Mg 2,00
Свинцово-цинковый элемент PbO2 H2SO4 Zn 2,55
Свинцово-кадмиевый элемент PbO2 H2SO4 Cd 2,42
Свинцово-хлорный элемент PbO2 HClO4 Pb 1,92
Ртутно-цинковый элемент HgO KOH Zn 1,36
Ртутно-кадмиевый элемент HgO2 KOH Cd 1,92
Окисно-ртутно-оловянный элемент HgO2 KOH Sn 1,30
Хром-цинковый элемент K2Cr2O7 H2SO4 Zn 1,8—1,9

 

Электрический аккумулятор — химический источник тока многоразового действия (то есть в отличие от гальванического элемента химические реакции, непосредственно превращаемые в электрическую энергию, многократно обратимы). Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных устройств.
Топливный элемент — электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе.



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.