1KURS_PNP / ТЕХНІЧНА ХІМІЯ / ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ ТЕХНІЧНА ХІМІЯ / ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5

Лабораторна робота №5

Електроліз розчинів та розплавів солей. Корозія суднових конструкцій.

Мета роботи: поглибити та розширити знання з цієї теми, удосконалити навички складання схем електролізу розплавів та розчинів солей, розглянути вплив середовища на процес корозії та сучасні засоби захисту від неї.

Засоби наочності: періодична система елементів Д.І. Менделєєва, електрохімічний ряд напруги металів, плакати, роздавальний матеріал.

Теоретичні положення

ЕЛЕКТРОЛІЗ

Електроліз – це окисно-відновний процес, який відбуваються на електродах при проходженні електричного струму через розчин або розплав електроліту;

- це процес відновлення на катоді і окиснення на аноді.

Під дією джерела струму на одному з електродів (катоді) утворюється надлишок електронів («-» електрод), на другому (аноді) – нестача електронів («+» електрод). Під час проходження електричного струму крізь електроліт поряд з хаотичним рухом іонів виникає спрямований і катіони переміщуються до негативного електрода (катода), аніони – до позитивного (анода).

Частинки, що перебувають поблизу негативного електрода, приймають електрони, тобто відновлюються. Електрод на якому відбувається реакція відновлення, називається катодом. Частинки, що перебувають поблизу позитивного електрода, віддають електрони, тобто окислюються. Такий електрод називається анодом.

Важливу роль в процесі електролізу відіграє матеріал, з якого виготовлені електроди, особливо анод. Такі матеріали, як платина та графіт, є інертними, тобто самі не окиснюються під час електролізу. Якщо аноди виготовлено з міді, цинку, заліза, нікелю тощо, то в процесі електролізу матеріал анода може окиснюватись (електроліз з розчинним анодом).

Суттєво відрізняється електроліз розчинів та розплавів електролітів, тому що при електролізі розчину у процесі беруть участі і молекули води.

Електроліз розплавів

Під час електролізу розплавів електролітів на катоді завжди відновлюються катіони металу, а на аноді окислюються аніони.

Приклад. Електроліз розплаву NaCl.

NaCl → Na⁺+Cl^-

K(-) Na⁺+1e → Na⁰

A(+)2Cl^- - 2 e → Cl₂⁰

2NaCl → 2Na + Cl₂

Електроліз розчинів

Під час електролізу водних розчинів поряд з катіонами та аніонами в електрохімічних реакціях можуть брати участь молекули води. Щоб визначити, які частинки братимуть участь в катодних і анодних процесах слід враховувати:

а) катодні (відновні) процеси. На катоді відбувається відновлення катіонів металів і Гідрогену або молекул води.

Характер відновного процесу залежить від значення стандартного електродного потенціалу металу:

Катодні процеси (таблиця 5.1)

Li,Cs,K,Ba,Ca,Na,Mg,Al	Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Pb	Bi, Cu, Ag, Hg, Pt, Au
Катіони цих металів не відновлюються, а віднов-люються молекули води: 2Н2О+2е→Н2+2ОН^-	Катіони цих металів від-новлюються одночасно з молекулами води, а тому на катоді виділяється і Н2, і метал. Ме^+ + е → Ме^0 2Н2О+2е→Н2+2ОН^-	Катіони цих металів легко і повністю відновлюються на катоді. Ме^+ + е → Ме^0

б) анодні (окисні) процеси. При електролізі розчинів використовують розчинні і нерозчинні – з цинку, міді, нікелю та інших металів.

На нерозчинному аноді відбуваються окиснення аніонів або молекул води.

Анодні процеси (таблиця 5.2)

Cl^-, Br^-, I^-, S^2-, CN^-	SO4^2-, NO2^-, NO3^-, PO4^3-
Аніони кислот, що не містять атоми Оксигену (за винятком F^-), легко окислюються: 2Cl^- ^—2e → Cl2↑	Аніони кислот, що містять атоми Окси-гену, не окислюються, а окислюється вода: 2Н2О - 4е → О2↑ + 4Н^+

Приклад 1. Електроліз розчину СuSO₄.

СuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2-; H₂O= Н⁺ + OH^-

K(-) Cu²⁺+2e → Cu⁰

A(+)2Н₂О - 4е → О₂⁰↑ + 4Н⁺

2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + О₂↑ + 4Н₂SO₄

Приклад 2. Електроліз розчину КСL.

KCl → K⁺ + Cl^-; H₂O= Н⁺ + OH^-

K(-)2Н₂О+2е→Н₂⁰↑+2ОН^-

A(+)2Cl^-—2e → Cl₂⁰↑

2KCl + 2H₂O →Н₂⁰↑+ Cl₂⁰↑+2KОН

Приклад 3. Електроліз розчину Na₂SO₄.

Na₂SO₄→2Na⁺ + SO₄^2-; H₂O= Н⁺ + OH^-

K(-)2Н₂О+2е→Н₂⁰↑+2ОН^-

A(+)2Н₂О - 4е → О₂⁰↑ + 4Н⁺

4H₂O + →Н₂↑+2ОН^- + О₂↑ + 4Н⁺

Хід роботи

Завдання 1.

Складіть схему електролізу розплавів солі:

а) КCL; б)Ag₂S.

Завдання 2.

Складіть схему електролізу водних розчинів солей (в усіх випадках електроліз проводиться з використанням вугільних електродів):

а) CuSO₄; б) MgCl₂; в) K₂SO₄ г) FeCl₃.

Контрольні питання.

1. Складіть схему електролізу розплавів солі.

2. Складіть схему електролізу водних розчинів солей (електроліз проводиться з використанням вугільних електродів).

Варіанти індивідуальних завдань (таблиця 5.3)

№ з/п	Питання 1	Питання 2
1	NiCl2	FeCl3
2	KI	Al(NO3)3
3	FeCl3	AgNO3
4	CoBr2	Na2CO3
5	BaCl2	CuCl2
6	Na2S	Na3PO4
7	KBr	Na2S
8	CuCl2	Al2S3
9	MgS	ZnS
10	CuS	K2CO3
11	MgCl2	Pb(NO3)2
12	K2S	Ni(NO3)2
13	NaI	Cu(NO3)2
14	LiCl	Fe(NO3)3
15	Al2S3	MnCl2

Питання до захисту лабораторної роботи.

1. Що таке електроліз?

2. Які процеси відбуваються на катоді і аноді при електролізі.

3. Як ви розумієте поняття “розчинний анод”, “нерозчинний анод”.

4. У яких випадках при електролізі водних розчинів солей:

а) на катоді виділяється водень;

б) на аноді виділяється кисень;

в) склад електроліту не змінюється.

5. При електролізі водних розчинів яких солей на катоді:

а) відновлюються катіони металу;

б) відновлюються катіони металу і катіони водню із води;

6. Що таке корозія?

7. Які види корозії Ви знаєте?

8. Що являє собою електрохімічна корозія.

9. Сучасні засоби захисту металевих конструкцій від корозії.

10. Як класифікуються по ГОСТу протектори.