Реферат: Применение электролиза

Доклад ученицы 10 кл.«Б»

школы 1257

Масоловой Елены по теме:

Применениеэлектролиза.

Сущность электролиза.

   Электролиз — этоокислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах припрохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролитов.

   Для осуществления электролизак отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод,а к положительному полюсу — анод, после чего погружают их в электролизерс раствором или расплавом электролита.

   Электроды, как правило, бываютметаллические, но применяются и неметаллические, например графитовые(проводящие ток).

   На поверхности электрода,подключенного к отрицательному полюсу источника постоянного тока (катоде),ионы, молекулы или атомы присоединяют электроны, т. е. протекает реакцияэлектрохимического восстановления. На положительном электроде (аноде)происходит отдача электронов, т. е. реакция окисления. Таким образом, сущностьэлектролиза состоит в том, что на катоде происходит процесс восстановления,а на аноде — процесс окисления.

   В результате электролиза наэлектродах (катоде и аноде) выделяются соответствующие продукты восстановленияи окисления, которые в зависимости от условий могут вступать в реакции срастворителем, материалом электрода и т. п., — так называемые вторичныепроцессы.

   Металлические аноды могутбыть: а) нерастворимыми или инертными (Pt, Au, Ir, графит или уголь и др.), приэлектролизе они служат лишь передатчиками электронов; б) растворимыми(активными); при электролизе они окисляются.

   В растворах и расплавахразличных электролитов имеются разноименные по знаку ионы, т. е. катионы ианионы, которые находятся в хаотическом движении. Но если в такойрасплав электролита, например расплав хлорида натрия NaCl, опустить электроды ипропускать постоянный электрический ток, то катионы Na+ будутдвигаться к катоду, а анионы Cl– — к аноду. На катодеэлектролизера происходит процесс восстановления катионов Na+электронами внешнего источника тока:

Na+ + e– = Na0

   На аноде идетпроцесс окисления анионов хлора, причем отрыв избыточных электронов от Cl–осуществляется за счет энергии внешнего источника тока:

Cl– – e– = Cl0

   Выделяющиесяэлектронейтральные атомы хлора соединяются между собой, образуя молекулярныйхлор: Cl + Cl = Cl2, который и выделяется на аноде.

Суммарное уравнение электролизарасплава хлорида натрия:

2NaCl —> 2Na+ + 2Cl–—электролиз—> 2Na0+ Cl20

   Окислительно-восстановительноедействие электрического тока может быть во много раз сильнее действияхимических окислителей и восстановителей. Меняя напряжение на электродах, можносоздать почти любой силы окислители и восстановители, которыми являютсяэлектроды электролитической ванны или электролизера.

    Известно, что ни один самыйсильный химический окислитель не может отнять у фторид-иона F–его электрон. Но это осуществимо при электролизе, например, расплава соли NaF.В этом случае на катоде (восстановитель) выделяется из ионногосостояния металлический натрий или кальций:

Na+ + e– = Na0

   на аноде(окислитель) выделяется ион фтора F–, переходя из отрицательногоиона в свободное состояние:

F– – e– = F0 ;          F0+ F0= F20

ØПродукты, выделяющиеся на электродах, могут вступать между собойв химическое взаимодействие, поэтому анодное и катодное пространство разделяютдиафрагмой.

Практическое применение электролиза.

   Электрохимическиепроцессы широко применяются в различных областях современной техники, в аналитическойхимии,биохимии и т. д. В химической промышленностиэлектролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислотуи персульфаты, химически чистые водород и кислород и т. д. При этом однивещества получают путем восстановления на катоде (альдегиды, парааминофенол идр.), другие электроокислением на аноде (хлораты, перхлораты, перманганат калияи др.).

   Электролиз в гидрометаллургииявляется одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающейполучение товарных металлов.
Электролиз может осуществляться с растворимыми анодами — процессэлектрорафинирования или с нерастворимыми — процесс электроэкстракции.
Главной задачей при электрорафинировании металлов является обеспечениянеобходимой чистоты катодного металла при приемлемых энергетических расходах.

   В цветной металлургииэлектролиз используется для извлечения металлов из руд и их очистки.Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий,уран, бериллий и др.

   Для рафинирования (очистки)металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодовв электролизер. При пропускании тока металл, подлежащий очистке, подвергаетсяанодному растворению, т. е. переходит в раствор в виде катионов. Затем этикатионы металла разряжаются на катоде, благодаря чему образуется компактныйосадок уже чистого металла. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаютсянерастворимыми, либо переходят в электролит и удаляются.

   Гальванотехника– область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесенияметаллических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллическихизделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы ихсолей. Гальванотехника пожразделяется на гальваностегию и гальванопластику.

¨  Гальваностегия (от греч. покрывать) – это электроосаждениена поверхность металла другого металла, который прочно связывается (сцепляется)с покрываемым металлом (предметом), служащим катодом электролизера.

   Перед покрытием изделиянеобходимо его поверхность тщательно очистить (обезжирить и протравить), впротивном случае металл будет осаждаться неравномерно, а кроме того, сцепление(связь) металла покрытия с поверхностью изделия будет непрочной. Способомгальваностегии можно покрыть деталь тонким слоем золота или серебра, хрома илиникеля. С помощью электролиза можно наносить тончайшие металлические покрытия наразличных металлических поверхностях. При таком способе нанесения покрытий, детальиспользуют в качестве катода, помещенного в раствор соли того металла, покрытиеиз которого необходимо получить. В качестве анода используется пластинка изтого же металла.

¨  Гальванопластика – получение путем электролизаточных, легко отделяемых металлических копий относительно значительной толщиныс различных как неметаллических, так и металлических предметов, называемыхматрицами.

   С помощью гальванопластикиизготовляют бюсты, статуи и т. д.

   Гальванопластика используетсядля нанесения сравнительно толстых металлических покрытий на другие металлы(например, образование «накладного» слоя никеля, серебра, золота и т.д.).

/>

   Кроме указанных выше,электролиз нашел применение и в других областях:

üполучение оксидных защитных пленок на металлах(анодирование);

üэлектрохимическая обработка поверхности металлического изделия (полировка);

üэлектрохимическое окрашивание металлов (например, меди,латуни, цинка, хрома и др.);

üочистка воды – удаление из нее растворимых примесей. Врезультате получается так называемая мягкая вода (по своим свойствамприближающаяся к дистиллированной);

üэлектрохимическая заточка режущих инструментов (например,хирургических ножей, бритв и т.д.).