Mis on elektrolüüsi protsess. Elektrolüsaator

Kui elektrivool läbib elektrolüüdi lahust või sulamit, vabanevad elektroodidele lahustunud ained või muud ained, mis on elektroodidel toimuvate sekundaarsete reaktsioonide produktid. Seda füüsikalis-keemilist protsessi nimetatakse elektrolüüsiks.

Elektrolüüsi olemus

Elektroodide tekitatud elektriväljas liiguvad juhtivas vedelikus olevad ioonid järjestatud liikumisele. Negatiivne elektrood on katood, positiivne on anood.

Negatiivsed ioonid, mida nimetatakse anioonideks (hüdroksüülrühma ioonid ja happejäägid), tormavad anoodile ja positiivsed ioonid, mida nimetatakse katioonideks (vesiniku, metallide, ammooniumi jne ioonid).

Elektroodidel toimub redoksprotsess: katoodil toimub osakeste (aatomite, molekulide, katioonide) elektrokeemiline redutseerimine, anoodil aga osakeste (aatomid, molekulid, anioonid) elektrokeemiline oksüdatsioon. Elektrolüüdis toimuvad dissotsiatsioonireaktsioonid on esmased reaktsioonid ja otse elektroodidel toimuvaid reaktsioone nimetatakse sekundaarseteks.

Elektrolüüsireaktsioonide eraldamine primaarseteks ja sekundaarseteks aitas Michael Faradayl kehtestada elektrolüüsi seadused:

Faraday esimene elektrolüüsi seadus: elektrolüüsi käigus elektroodile sadestunud aine mass on otseselt võrdeline sellele elektroodile kantud elektrihulgaga. Elektrienergia hulk viitab elektrilaengule, mida tavaliselt mõõdetakse ripatsites.

Faraday elektrolüüsi teine ​​seadus: etteantud elektrikoguse (elektri laengu) korral on elektroodile sadestunud keemilise elemendi mass otseselt võrdeline elemendi ekvivalentmassiga. Aine ekvivalentmass on selle molaarmass jagatud täisarvuga, olenevalt keemilisest reaktsioonist, milles aine osaleb.

m on elektroodile sadestunud aine mass, Q on ainet läbinud kogu elektrilaeng F = 96 485,33 (83) C mol − 1 on Faraday konstant, M on aine molaarmass (Näiteks vee molaarmass H2O = 18 g / mol), z on aine ioonide valentsarv (elektronide arv iooni kohta).

Pange tähele, et M / z on sadestatud aine ekvivalentmass. Esimese Faraday seaduse puhul on M, F ja z konstandid, seega mida suurem on Q väärtus, seda suurem on m väärtus. Faraday teise seaduse puhul on Q, F ja z konstandid, nii et mida suurem on M / z (ekvivalentmass), seda suurem on m väärtus.

Elektrolüüsi kasutatakse tänapäeval laialdaselt tööstuses ja tehnoloogias. Näiteks on elektrolüüs üks tõhusamaid meetodeid vesiniku, vesinikperoksiidi, mangaandioksiidi, alumiiniumi, naatriumi, magneesiumi, kaltsiumi ja muude ainete tööstuslikuks tootmiseks. Elektrolüüsi kasutatakse reovee puhastamisel, galvaniseerimisel, galvaniseerimisel ja lõpuks keemilistes vooluallikates. Aga kõigepealt asjad kõigepealt.

Tänu elektrolüüsile ekstraheeritakse maakidest palju metalle ja töödeldakse neid edasi. Niisiis, kui maaki või kontsentreeritud maagi - kontsentraati - töödeldakse reagentidega, läheb metall lahusesse, seejärel eraldatakse metall lahusest elektroekstraktsiooni abil. Katoodil sadestatakse puhas metall. Sel viisil saadakse tsink, vask, kaadmium.

Metallid allutatakse elektrorafineerimisele, et eemaldada lisandid ja muundada sisalduvad lisandid edasiseks töötlemiseks sobivasse vormi. Puhastatav metall valatakse plaatidena ja neid plaate kasutatakse elektrolüüsi anoodidena.

Kui vool läbib, lahustub anoodi metall, läheb katioonide kujul lahusesse, seejärel tühjenevad katioonid katoodil ja moodustavad puhta metalli sademe. Anoodi lisandid ei lahustu – langevad välja anoodimudana või lähevad elektrolüüti, kust neid pidevalt või perioodiliselt eemaldatakse.

Kaaluge näitena vase elektrorafineerimine... Lahuse põhikomponendiks on vasksulfaat – selle metalli kõige levinum ja odavaim sool. Lahendusel on madal elektrijuhtivus. Selle suurendamiseks lisatakse elektrolüüdile väävelhapet.

Lisaks lisatakse lahusesse väikeses koguses lisandeid, mis aitavad kaasa kompaktse metallisademe moodustumisele. Üldiselt rafineeritakse vask, nikkel, plii, tina, hõbe ja kuld elektrolüütiliselt.

Elektrolüüsi kasutatakse reovee puhastamisel (elektrokoagulatsiooni-, elektroekstraktsiooni- ja elektroflotatsiooniprotsessid). Elektrokeemiline puhastusmeetod on üks levinumaid. Elektrolüüsiks kasutatakse lahustumatuid anoode (magnetiit, pliioksiid, grafiit, mangaan, mis sadestatakse titaanalusele) või lahustuvaid (alumiinium, raud).

Seda meetodit kasutatakse mürgiste orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete eraldamiseks veest. Näiteks vasktorud eemaldatakse katlakivist väävelhappe lahusega ja seejärel tuleb tööstuslik reovesi puhastada elektrolüüsi teel lahustumatu anoodiga. Katoodil vabaneb vask, mida saab samas tehases uuesti kasutada.

Aluseline reovesi puhastatakse elektrolüüsi teel, et eemaldada tsüaniidiühendid. Tsüaniidide oksüdeerumise kiirendamiseks, elektrijuhtivuse suurendamiseks ja energia säästmiseks kantakse vetesse lisandit naatriumkloriidi kujul.

Elektrolüüs viiakse läbi grafiitanoodi ja teraskatoodiga. Tsüaniidid hävivad elektrokeemilise oksüdatsiooni käigus ja anoodil eraldub kloor. Sellise puhastamise efektiivsus on peaaegu 100%.

Lisaks otsesele elektrokeemilisele puhastamisele saab selle kaasata elektrolüüsiprotsessi koagulatsioon... Välja arvatud soolade lisamine, elektrolüüs viiakse läbi lahustuva alumiiniumi või raua anoodidega. Siis ei hävine mitte ainult anoodil olevad saasteained, vaid anood ise lahustub. Tekivad aktiivsed dispergeeritud ühendid, mis koaguleerivad (paksendavad) kolloidseid dispergeeritud lisandeid.

See meetod on efektiivne rasvade, naftatoodete, värvainete, õlide, radioaktiivsete ainete jne reovee puhastamisel. Seda nimetatakse elektrokoagulatsiooniks.

Galvaneerimine on teatud metallide elektrolüütiline sadestamine, et kaitsta tooteid korrosiooni eest ja anda neile sobiv esteetiline kujundus (katteks on kroom, nikkel, hõbe, kuld, plaatina jne). Asi puhastatakse põhjalikult, rasvatustatakse ja kasutatakse katoodina elektrolüütivannis, kuhu valatakse katmist vajava metalli soolalahus.

Anoodina kasutatakse samast metallist valmistatud plaati. Reeglina kasutatakse paari anoodplaate, mille vahele asetatakse galvaniseeritav objekt.

Galvaneerimine - metalli ladestamine erinevate kehade pinnale nende kuju taasesitamiseks: valuvormid detailide, skulptuuride, trükiplaatide jms valamiseks.

Metalli galvaaniline sadestamine eseme pinnale on võimalik ainult siis, kui see pind või kogu objekt on elektrivoolu juhid, mistõttu on soovitav kasutada metalle mudelite või vormide valmistamiseks. Selleks sobivad kõige paremini madalsulavad metallid: plii, tina, joodised, puidusulam.

Need metallid on pehmed, kergesti töödeldavad lukksepatööriistadega, hästi graveeritud ja valatud. Peale galvaanilise kihi ülesehitamist ja viimistlemist sulatatakse valmistootest vormi metall.

Suurimaid võimalusi mudelite tegemiseks pakuvad aga endiselt dielektrilised materjalid. Selliste mudelite metalliseerimiseks peate andma nende pinnale elektrijuhtivuse. Edu või ebaõnnestumine sõltub lõpuks suuresti juhtiva kihi kvaliteedist. Seda kihti saab peale kanda ühel kolmest viisist.

Kõige tavalisem viis on grafitiseerimine, see sobib plastiliinist ja muudest materjalidest valmistatud mudelitele, mis võimaldavad grafiidiga üle pinna hõõruda.

Järgmine trikk on pruunistamine, on meetod hea suhteliselt keeruka kujuga mudelite puhul, erinevate materjalide puhul, kuid pronksikihi paksuse tõttu on pisidetailide ülekandmine mõnevõrra moonutatud.

Ja lõpuks hõbedamine, sobib igal juhul, kuid eriti asendamatu väga keerulise kujuga habrastele mudelitele - taimed, putukad jne.

Keemilised jõuallikad

Samuti on elektrolüüs peamine protsess, mille tõttu töötavad kõige kaasaegsemad keemilised jõuallikad, nagu patareid ja akud. Elektrolüüdiga puutuvad kokku kaks elektroodi.

Lemon aku (suurendamiseks klõpsake pildil)

Keemiliste vooluallikate toime põhineb suletud välisahelaga ruumiliselt eraldatud protsesside kulgemisel: redutseerija oksüdeerub negatiivsel anoodil, tekkivad vabad elektronid liiguvad läbi välise ahela positiivsele katoodile, tekitades tühjendusvoolu, kus nad osalevad oksüdeerija redutseerimisreaktsioonis. Seega läheb negatiivselt laetud elektronide voog läbi välise vooluringi anoodilt katoodile, see tähendab negatiivselt elektroodilt positiivsele.

Elektrolüüs on protsess, mille käigus elektrienergia muundatakse keemiliseks energiaks. See protsess toimub elektroodidel alalisvoolu mõjul. Millised on sulandite ja lahuste elektrolüüsi saadused ning mida hõlmab mõiste "elektrolüüs".

Sulanud soolade elektrolüüs

Elektrolüüs on redoksreaktsioon, mis toimub elektroodidel, kui lahust või sula elektrolüüdi juhitakse läbi alalisvoolu.

Riis. 1. Elektrolüüsi mõiste.

Ioonide kaootiline liikumine voolu mõjul muutub korrapäraseks. Anioonid liiguvad positiivsele elektroodile (anoodile) ja oksüdeeruvad sellel, loovutades elektrone. Katioonid liiguvad negatiivsele poolusele (katoodile) ja redutseeritakse sellel, võttes vastu elektrone.

Elektroodid võivad olla inertsed (metallist plaatinast või kullast või mittemetallist süsinikust või grafiidist) või aktiivsed. Sel juhul anood lahustub elektrolüüsi käigus (lahustuv anood). See on valmistatud metallidest nagu kroom, nikkel, tsink, hõbe, vask jne.

Sulasoolade elektrolüüsil tühjenevad katoodil leelised, oksiidid, metallikatioonid koos lihtsate ainete moodustumisega. Sulandite elektrolüüs on tööstuslik meetod metallide nagu naatriumi, kaaliumi, kaltsiumi (sulasoolade elektrolüüs) ja alumiiniumi (sula alumiiniumoksiidi Al 2 O 3 elektrolüüs krüoliidis Na 3 AlF 6, mida kasutatakse oksiidi ülekande hõlbustamiseks) tootmiseks. sulamiseni). Näiteks naatriumkloriidi sulami elektrolüüsiskeem on järgmine:

NaCl Na + + Cl -

Katood(-) (Na +): Na + + e= Na 0

Anood(-) (Cl -): Cl - - e= Cl 0, 2Cl 0 = Cl 2

Kokkuvõtlik protsess:

2Na + + 2Cl- = elektrolüüs 2Na + 2Cl 2

2NaCl = elektrolüüs 2Na + Cl 2

Samaaegselt leelismetalli naatriumi tootmisega saadakse soola elektrolüüsil kloor.

Soolalahuste elektrolüüs

Kui soolalahused allutatakse elektrolüüsile, siis koos soola dissotsiatsiooni käigus tekkivate ioonidega võib elektroodidel oksüdeeruda või redutseerida ka vett.

Vesilahustes olevate elektroodide ioonide tühjenemisel on kindel järjestus.

1. Mida kõrgem on metalli standardne elektroodipotentsiaal, seda lihtsam on seda taastada. Teisisõnu, mida paremal pool metall on elektrokeemilises pingereas, seda lihtsam on selle ioone katoodil redutseerida. Metallisoolade lahuste elektrolüüsil liitiumist alumiiniumiks, kaasa arvatud, redutseeritakse veemolekulid alati katoodil:

2H 2O + 2e = H2 + 2OH-

Kui metallisoolade lahused allutatakse elektrolüüsile, alustades vasest ja vasest paremal, redutseeritakse katoodil ainult metalli katioonid. Metallisoolade elektrolüüsil mangaanist MN-st pliiks Pb-ks võivad redutseerida nii metalli katioonid kui ka mõnel juhul vesi.

2. Happejääkide anioonid (v.a F-) oksüdeeritakse anoodil. Kui hapnikku sisaldavate hapete soolad elektrolüüsitakse, jäävad happejääkide anioonid lahusesse, vesi oksüdeerub:

2H20-4e = O2 + 4H+

3. Kui anood on lahustuv, siis toimub anoodi enda oksüdeerumine ja lahustumine:

Näide: naatriumsulfaadi Na 2 SO 4 vesilahuse elektrolüüs:

Elektrolüüsi protsessid

Elektrolüüs on muutunud laialt levinud värviliste metallide metallurgias ja mitmes keemiatööstuses. Metalle nagu alumiinium, tsink, magneesium saadakse peamiselt elektrolüüsi teel. Lisaks kasutatakse elektrolüüsi vase, nikli, plii rafineerimiseks (puhastamiseks), samuti vesiniku, hapniku, kloori ja mitmete muude kemikaalide tootmiseks.

Elektrolüüsi olemus seisneb aineosakeste eraldamises elektrolüüdist, kui alalisvool voolab läbi elektrolüütivanni, ja nende sadestamises vanni sukeldatud elektroodidele (elektroekstraktsioon) või ainete ülekandmises ühelt elektroodilt läbi elektrolüüdi teine ​​(elektrolüütiline rafineerimine). Mõlemal juhul on protsesside eesmärk saada võimalikult puhtaid aineid, mis ei ole lisanditega saastunud.

Erinevalt elektrolüütide metallidest (soolade, hapete ja aluste lahused vees ja mõnedes teistes lahustites, samuti sulaühendites) täheldatakse ioonjuhtivust.

Elektrolüüdid on teise klassi juhid. Nendes lahustes ja sulamites toimub elektrolüütiline dissotsiatsioon – lagunemine positiivselt ja negatiivselt laetud ioonideks.

Kui elektrienergiaallikaga ühendatud elektroodid asetatakse elektrolüüdiga anumasse - elektrolüsaatorisse, siis hakkab selles voolama ioonvool ja positiivselt laetud ioonid - katioonid liiguvad katoodile (need on peamiselt metallid ja vesinik) , ja negatiivselt laetud ioonid - anioonid (kloor, hapnik) - anoodile.

Anoodil loobuvad anioonid oma laengust ja muutuvad neutraalseteks osakesteks, mis settivad elektroodile. Katoodil võtavad katioonid elektroodilt elektrone ja neutraliseeritakse ka, settides sellele ning elektroodidele mullidena eralduvad gaasid tõusevad ülespoole.

Riis. 1. Protsessid elektrolüüsi ajal. Elektrolüüsi vanni ahel: 1 - vann, 2 - elektrolüüt, 3 - anood, 4 - katood, 5 - toiteallikas

Välisahelas olev elektrivool on elektronide liikumine anoodilt katoodile (joonis 1). Sel juhul on lahus ammendatud ja elektrolüüsiprotsessi järjepidevuse säilitamiseks tuleb seda rikastada. Nii toimub teatud ainete ekstraheerimine elektrolüüdist (elektroekstraktsioon).

Kui anood võib elektrolüüdis lahustuda, kui viimane on ammendunud, omandavad selle osakesed, lahustuvad elektrolüüdis, positiivse laengu ja suunatakse katoodile, millele nad sadestuvad, kandes seeläbi materjali anoodilt katoodile. Kuna protsess viiakse läbi nii, et anoodi metallis sisalduvad lisandid ei kandu üle katoodile, nimetatakse seda protsessi elektrolüütiliseks rafineerimiseks.

Kui elektrood asetada lahusesse sama aine ioonidega, millest see on valmistatud, siis teatud elektroodi ja lahuse vahelise potentsiaali juures ei toimu sellel elektroodi lahustumist ega aine sadestumist lahusest.

Seda potentsiaali nimetatakse aine normaalseks potentsiaaliks. Kui elektroodile rakendatakse negatiivsemat potentsiaali, siis algab sellel aine vabanemine (katoodprotsess), kui aga positiivsem, siis selle lahustumine (anoodne protsess).

Normaalpotentsiaalide väärtus sõltub ioonide kontsentratsioonist ja temperatuurist. Üldtunnustatud on pidada vesiniku normaalset potentsiaali nulliks. Tabel 1 on näidatud mõnede ainete vesilahuse normaalsed elektroodide potentsiaalid temperatuuril + 25 ° C.

Tabel 1. Elektroodide normaalsed potentsiaalid temperatuuril + 25 ° С

Kui elektrolüüdis on erinevate metallide ioone, siis esimesena eralduvad katoodile madalama negatiivse normaalpotentsiaaliga ioonid (vask, hõbe, plii, nikkel), leelismuldmetalle on kõige raskem eraldada. Lisaks on vesilahustes alati vesinikioone, mis vabanevad varem kui kõik negatiivse normaalpotentsiaaliga metallid, mistõttu viimaste elektrolüüsi käigus kulub oluline või isegi suurem osa energiast vesiniku eraldumisele. .

Erimeetmete abil on võimalik vesiniku eraldumist teadaolevates piirides ära hoida, kuid alla 1 V normaalpotentsiaaliga metalle (näiteks magneesium, alumiinium, leelismuldmetallid) ei ole võimalik elektrolüüsi teel saada. vesilahus. Need saadakse nende metallide sulasoolade lagunemisel.

Tabelis näidatud ainete normaalsed elektroodide potentsiaalid. 1, on minimaalsed, millest elektrolüüsiprotsess algab; praktikas on protsessi arendamiseks vaja suuri potentsiaali väärtusi.

Elektrolüüsi ajal tekkiva elektroodi tegeliku potentsiaali ja selle normaalpotentsiaali erinevust nimetatakse liigpingeks. See suurendab energiakadusid elektrolüüsi ajal.

Teisest küljest raskendab vesinikioonide liigpinge suurendamine selle vabastamist katoodil, mis võimaldab saada vesilahustest elektrolüüsi teel mitmeid vesinikust negatiivsemaid metalle, nagu plii, tina, nikkel. , koobalt, kroom ja isegi tsink. See saavutatakse protsessi läbiviimisel elektroodidel suure voolutihedusega, samuti teatud ainete sisestamisega elektrolüüti.

Katood- ja anoodireaktsioonide kulg elektrolüüsi ajal määratakse kahe järgmise Faraday seadusega.

1. Katoodil elektrolüüsi käigus vabanenud või anoodilt elektrolüüti juhitud aine mass m e on võrdeline elektrolüüti läbinud elektrihulgaga. τ : m e = α / τ, siin a on aine elektrokeemiline ekvivalent, g / C.

2. Aine mass, mis elektrolüüsil vabaneb sama elektrihulgaga, on võrdeline aine A aatommassiga ja pöördvõrdeline selle valentsiga n: me = A / 96480n, siin 96480 on Faraday arv, C x mol -1.

Seega aine elektrokeemiline ekvivalent α = A / 96480n tähistab aine massi grammides, mis vabaneb elektrolüütivanni läbiva elektrihulga ühikust - kulonist (ampersekund).

Vase puhul A = 63,54, n = 2, α = 63,54 / 96480 -2 = 0,000329 g / C, nikli puhul α = 0,000304 g / C, tsingi puhul α = 0,00034 g/C

Tegelikult on eralduva aine mass alati näidatust väiksem, mis on seletatav mitmete vannis toimuvate kõrvalprotsessidega (näiteks vesiniku eraldumine katoodil), voolulekete ja elektroodidevaheliste lühistega. .

Tegelikult vabanenud aine massi ja selle massi suhet, mis Faraday seaduse järgi oleks pidanud eralduma, nimetatakse aine praeguseks saagiseks η1.

Seetõttu reaalse protsessi jaoks m e = η1 X ( A / 96480n) x It

Loomulikult alati η1

Voolu efektiivsus sõltub oluliselt elektroodi voolutihedusest. Elektroodi voolutiheduse suurenemisega suureneb voolu efektiivsus ja protsessi efektiivsus.

Pinge U el, mis tuleb anda elektrolüsaatorisse, koosneb: lagunemispingest Ep (anood- ja katoodreaktsiooni potentsiaalide erinevusest), anoodi- ja katoodliigpinge summast, elektrolüüdi pingelangust Ep, pingelangust elektrolüüdis. elektrolüüt U e = IR ep (R ep on elektrolüüdi takistus ), pingelangus rehvides, kontaktides, elektroodides U c = I (R w + R kuni + R e). Saame: U el = Ep + Ep + U e + U c.

Elektrolüüsi ajal tarbitav võimsus on võrdne: Rel = IU el = I (Ep + Ep + U e + U s)

Sellest võimsusest kulub reaktsioonide läbiviimiseks ainult esimene komponent, ülejäänud on protsessi soojuskaod. Ainult sulasoolade elektrolüüsil kasutatakse osa elektrolüüdis eralduvast soojusest IU e kasulikult, kuna see kulutatakse elektrolüsaatorisse laaditud soolade sulatamiseks.

Elektrolüüsivanni efektiivsust saab hinnata aine massi järgi grammides, mis vabaneb 1 J tarbitud elektrienergia kohta. Seda väärtust nimetatakse aine energiasaagiseks. Seda saab leida avaldisega q e = (αη1) / U el100, siin α on aine elektrokeemiline ekvivalent, g / C, η1 on voolutõhusus, Su meili- elektrolüütilise elemendi pinge, V.

Elektrolüüs

Elektrolüüsi käigus toimuvad protsessid on vastupidised protsessidele, mis toimuvad galvaanilise elemendi töötamise ajal. Kui galvaanilise elemendi töö käigus muundub spontaanselt kulgeva redoksreaktsiooni energia elektrienergiaks, siis elektrolüüsi käigus toimub keemiline reaktsioon elektrivoolu energia toimel.

Elektrolüüs on redoksprotsess, mis toimub elektroodidel, kui elektrivool läbib lahust või elektrolüüdi sulamit.

Elektrolüüs viiakse läbi elektrolüsaatorites, mille põhikomponentideks on kaks ioonjuhti (elektrolüüti) sukeldatud elektroodi, mis on ühendatud alalisvooluallika klemmidega.

Vooluallika negatiivse poolusega ühendatud elektroodi nimetatakse katood, ja positiivselt - anood.

Pinge rakendamisel toimuvad katoodil redutseerimisprotsessid ja anoodil oksüdatsiooniprotsessid.

Anoodid on lahustumatud (söest, grafiidist, plaatinast ja iriidiumist) ja lahustuvad (vasest, hõbedast, tsingist, kaadmiumist ja niklist). Lahustuv anood läbib oksüdatsiooni, st. saadab elektronid välisesse vooluringi.

Sula elektrolüüs toimub vastavalt järgmisele skeemile:

1. anioonid, mis tekivad elektrolüüdi sulamisel nende elektroodipotentsiaalide suurenemise järjekorras (j 0)

2. katioonid redutseeritakse katoodil nende j 0 kahanevas järjekorras.

Näiteks 2NaCl ® 2Na + Cl 2 K (-) 2Na + + 2e = 2Na 0

sula A (+) 2Cl - - 2e = Cl 2

Elektrolüütide vesilahuste elektrolüüsi saaduste määramisel tuleb arvestada veemolekulide, anoodi valmistamise materjali, ioonide olemuse ja elektrolüüsi tingimustega, redoksreaktsioonides osalemise võimalusega.

Tabel 3 – Elektrolüüsi võrrandite kirjutamise üldreeglid

elektrolüütide vesilahused

1. NaCl lahuse elektrolüüs (inertne anood)

K (-): Na+; H2O

H 2 O + 2e ® H 2 + 2OH -

A (+): Cl-; H2O

2 Cl - - 2e ® Cl 2

2H20 + 2NaCl e-mail praegune H2 + Cl2 + 2NaOH

Selle tulemusena vabaneb katoodil Н 2, anoodil Cl 2 ja elektrolüsaatori katoodiruumi koguneb NaOH.

2. ZnSO 4 lahuse elektrolüüs (inertne anood)

K (-): Zn2+; H2O

Zn 2+ + 2е ® Zn 0

2H 2O + 2e ® H2 + 2OH -

A (+): 2H20-4e® O2 + 4H+

Zn 2+ + 4H 2 O ® Zn + H 2 + O 2 + 2OH - + 4H +

Pärast H 2 O molekulide redutseerimist ja SO 4 2- ioonide lisamist võrrandi mõlemale poolele saame elektrolüüsi molekulaarvõrrandi:

ZnSO4 + 2H2O e-mail praegune Zn + H2 + O2 + H2SO4

3. K 2 SO 4 lahuse elektrolüüs (inertne anood)

K (-): K +; H2O

H 2 O + 2e ® H 2 + 2OH -

A (+): S042-; H2O

2H20-4e® O2 + 4H+

2H20 + 2e e-mail praegune О 2 + 2Н 2

need. kaaliumsulfaadi lahuse elektrolüüs redutseeritakse vee lagunemiseni. Soola kontsentratsioon lahuses suureneb.

4. ZnSO 4 lahuse elektrolüüs tsinkanoodiga.

K (-): Zn2+; H2O

Zn 2+ + 2е ® Zn 0

2H 2O + 2e ® H2 + 2OH -

A (+): Zn0; H2O

Zn 0 -2е ® Zn 2+

Zn 0 + Zn 2+ ® Zn 2+ + Zn 0

Need. ZnSO 4 lahuse elektrolüüs tsinkanoodiga taandub tsingi ülekandumiseks anoodilt katoodile.

Elektrolüüsi käigus elektroodidele eralduva aine koguse, lahust läbinud elektrienergia hulga ja elektrolüüsi aja vahel on sõltuvused, mida väljendab Faraday seadus.

Faraday esimene seadus: elektroodidel eralduva või lahustunud aine mass on otseselt võrdeline lahust läbinud elektrienergia kogusega:

m = ---------; kus m on elektroodidele vabanenud aine mass,

FM E on aine ekvivalendi molaarmass, g / mol,

I - voolutugevus, A;

t - elektrolüüsi aeg, sek .;

F - Faraday konstant (96500 C / mol).

Faraday teine ​​seadus: teatud koguse lahust läbinud elektrienergia korral on reageerinud ainete masside suhe võrdne nende keemiliste ekvivalentide molaarmasside suhtega:

Konst

MINA 1 MINA 2 MINA 3

Mis tahes aine 1 mooli ekvivalendi eraldamiseks või lahustamiseks tuleb lahusest läbi lasta või sulatada sama kogus elektrit, mis võrdub 96 500 Cl-ga. Seda kogust nimetatakse Faraday konstant.

Aine kogust, mis eraldub elektroodile 1Cl elektrienergia läbimisel, nimetatakse selle aineks elektrokeemiline ekvivalent (ε ).

ε = . -------, kus ε - elektrokeemiline

F ekvivalent

Me - molaarmassi ekvivalent

element (aine); , g/mol

F - Faraday konstant, C / mol.

Tabel 4 – Mõnede elementide elektrokeemilised ekvivalendid

Oksüdatsiooni- ja redutseerimisprotsessid on keemiliste vooluallikate, näiteks patareide, töö aluseks.

Akud on galvaanilised elemendid, milles on võimalikud pööratavad laadimis- ja tühjendusprotsessid, mis viiakse läbi ilma nende töös osalevaid aineid lisamata.

Tarbitud keemilise energia taastamiseks laaditakse akut välisest allikast tuleva voolu kaudu. Sel juhul toimuvad elektroodidel elektrokeemilised reaktsioonid, mis on vastupidised neile, mis toimusid siis, kui aku töötas vooluallikana.

Praegu on kõige levinumad plii-happeakud, milles pliidioksiid PbO 2 toimib positiivse elektroodina ja metalliline plii Pb on negatiivne.

Elektrolüüdina kasutatakse 25-30% väävelhappe lahust, seetõttu nimetatakse pliiakusid ka happelisteks.

Aku tühjenemise ja laadimise ajal toimuvad protsessid võib kokku võtta järgmiselt: tühjenemine

Pb 0 + Pb +4 O 2 + 4Н + + 2SO 4 2- «2Pb 0 + 2SO 4 2- + 2H 2 O

Lisaks pliiakule kasutatakse praktikas leelispatareisid: nikkel-kaadmium, nikkel-raud.

Tabel 5 – Patareide tüübid