Химические источники тока. Электролиз презентация

Что такое электрический ток ?
Электрический ток это направленное движение заряженных частиц

Перечислите условия существования тока

Условия существования электрического тока
Наличие свободных заряженных частиц
Наличие электрического поля
Замкнутая электрическая цепь

Какие превращения энергии происходят внутри источника тока ?

Источники тока - это устройства, которые преобразуют какой-либо вид энергии в электрическую энергию.
К ним относятся: генераторы электростанций, гальванические элементы, аккумуляторы, фотоэлементы и др.

Что такое окислительно-восстановительные реакции (ОВР)? (Это реакции, в процессе которых меняются степени окисления как минимум двух элементов, один из которых является восстановителем, а другой – окислителем.)
– Что такое окислитель и что такое восстановитель? (Восстановитель – это элемент, который в процессе реакции отдает электроны, и сам при этом окисляется, окислитель – это тот элемент, который в процессе реакции принимает электроны, и сам при этом восстанавливается)
– Какие бывают ионы? Что такое катионы и анионы?(Катионы – положительно заряженные ионы, анионы – отрицательно заряженные ионы)

Что такое окислительно-восстановительные реакции (ОВР)?
Это реакции, в процессе которых меняются степени окисления как минимум двух элементов, один из которых является восстановителем, а другой – окислителем.
Что такое окислитель и что такое восстановитель?
Восстановитель – это элемент, который в процессе реакции отдает электроны, и сам при этом окисляется.
Окислитель – это тот элемент, который в процессе реакции принимает электроны, и сам при этом восстанавливается

Электролиз – это совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих на электродах (катоде и аноде), если через раствор или расплав электролита протекает постоянный электрический ток.
Явление электролиза было открыто в 1800 г англ. физиками Никольсом и Карлейлем.
Сущность электролиза в осуществлении за счет электрической энергии химических реакций – восстановления на катоде и окисления на аноде.
Прибор, где происходит электролиз – электролизер (два электрода опущены в раствор или расплав. Движение электрического тока происходит от анода к катоду. В растворе или расплаве происходит движение ионов.

При электролизе окислителем и восстановителем является электрический ток. Процессы окисления и восстановления разделены в пространстве, они совершаются не при контакте частиц друг с другом, а при соприкосновении с электродами электрической цепи.
Виды электродов
Катод - отрицательно- заряженный электрод, на котором происходит процесс восстановления катиона (катод отдает электроны, катион принимает электроны).
Анод – положительно-заряженный электрод, на котором происходит процесс окисления ( анод принимает электроны, анион отдает электроны).
Анод может быть двух типов: инертным (он не участвует в реакции, остается неизменным) или растворимым, который участвует в реакции и переходит в среду реакции, т.е. со временем уменьшается, растворяется).
Катион- «+»ион, анион- «-» ион.

Электролиз расплавов
ПРИМЕНЕНИЕ:
Электролиз расплава солей или оксидов – для получения высокоактивных металлов (калия, алюминия и др.), легко вступающих во взаимодействие с водой.
ХАРАКТЕРИСТИКА:
энергетически ёмкий (электролиты плавятся при очень высоких
температурах);
при плавлении разрушаются кристаллические решётки;
в расплаве беспорядочно двигаются не гидратированные ионы.

Примеры электролиза расплавов
NaCl K(-): Na ++ 1e → Na0
A(+): 2Cl- - 2e → Cl2
2NaCl → 2Na + Cl2
2. FeF3 K(-): Fe3+ + 3e → Fe0 | × 2
A(+): 2F- - 2e → F20 | × 3
2FeF3 → 2Fe + 3F2
3. Na2SO4 K(-): 2Na+ + 2e → 2Na0 | × 2
A(-): 2SO42- - 4e → 2SO3 + O2
2Na2SO4 → 4Na + 2SO3 + O2
4. Na2CO3 K(-): 2Na+ + 2e → 2Na0 | × 2
A(-): 2CO32- - 4e → 2CO2 + O2
2Na2CO3 → 4Na + 2CO2 + O2
5. KOH K(-): K+ +1e → K0 | × 4
A(+): 4OH- - 4e → O2 + 2H20
4KOH → 4K + O2 + 2H2O

Электролиз растворов
процесс более энергетически выгодный, чем
электролиз расплавов
при электролизе как на аноде, так и на катоде могут
происходить конкурирующие процессы
при выборе наиболее вероятного процесса на аноде и катоде исходят из положения, что протекает та реакция, которая требует наименьшей затраты энергии.

Если металл стоит до Н, то вместо него электролизу подвергается вода:
2H2O + 2е = H2 + 2OH– Образовавшийся водород H2 идет к катоду
Если металл стоит после Н, то он сам восстанавливается:
Cu2+ + 2е = Cu0 Медь осаждается на катоде
Катионы металлов, стоящие в ряду напряжений после алюминия до водорода, могут восстанавливаться вместе с молекулами воды:
2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН—Zn2+ + 2e = Zn0

Ряд напряжений металлов
Li K Rb Ba Ca Na Mg Al| Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H| Cu Hg Ag Pt Au
Чем правее металл (больше алгебраическое значение электродного потенциала), тем меньше энергии расходуется на разрядку его ионов.
Если в растворе катионы Cu2+, Hg2+, Ag+, то последовательность выделения на катоде: Ag+, Hg2+, Cu2+ и только после исчезновения в растворе ионов металлов начнется разрядка ионов Н+.

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ

Теперь анионы-кислотные остатки:
Кислородсодержащие кислотные остатки — вместо них электролизу подвергается вода:
2H2O — 4e = O2 + 4H+ Образовавшийся O2 выделяется на аноде
Бескислородные кислотные остатки — окисляются до простого вещества:
Cl− — 1e = Cl20 Хлор выделяется на аноде
Исключение: F− — вместо него будет выделяться кислород.

Cu(NO3)2, HOH
Cu+2
Катод (– )
Анод (+)
OH-1
NO3-1
Н +1
На катоде: Cu+2 +2e Cu0
На аноде: 4ОН – 1 – 4e 2Н2О + О20
в растворе – HNO3
2Cu(NO3)2 + 3Н2О Сu0 + Н2О + О20 + 4HNO3
2Cu(NO3)2 + 2Н2О Сu0 + О20 + 4HNO3

При электролизе раствора нитрата серебра масса катода увеличилась на 6 г. Вычислите объем газа выделившегося на аноде.
Дано
Решение
1) Составим схему электролиза
AgNO3, HOH
m катода увел на 6г,
следовательно,
m (Ag) = 6 г.
V газа на аноде?
Анод (+)
Катод (– )
NO3 NO3-1
H+1
Ag+1
OH-1
На катоде: Ag+1 +1e Ag0
На аноде: 4ОН – 1 – 4e 2Н2О + О20
в растворе – HNO3
2) Составим уравнение реакции электролиза:
4AgNO3 + 3Н2О 4Ag0 + Н2О + О20 + 4HNO3
Задача

При электролизе раствора нитрата серебра масса катода увеличилась на 6 г. Вычислите объем газа выделившегося на аноде.
Дано
Решение
1) Составим схему электролиза
AgNO3, HOH
m катода увел на 6г,
следовательно,
m (Ag) = 6 г.
V газа на аноде?
Анод (+)
Катод (– )
NO3 NO3-1
H+1
Ag+1
OH-1
На катоде: Ag+1 +1e Ag0
На аноде: 4ОН – 1 – 4e 2Н2О + О20
в растворе – HNO3
2) Составим уравнение реакции электролиза:
4AgNO3 + 3Н2О 4Ag0 + Н2О + О20 + 4HNO3
Задача

Задача (продолжение)
Сократим Н2О в обоих частях уравнения:
4AgNO3 + 2Н2О 4Ag0 + О20 + 4HNO3
3. v (Ag)= m/M = 6г/108 г/моль = 0,56 моль
4
5. V (O2)= 0,14 моль * 22,4 л/моль = 3,136 л
Ответ: V O2 =3,136 л