Електроліз. Гальванічні покриття.

Мета роботи –ознайомити з катодними і анодними процесами електролізу водних розчинів солей та електрохімічними методами покривання металів.

ВИМОГИ ДО ЗНАНЬ І УМІНЬ

Студент повинен знати: в чому сутність електролізу; послідовність розрядження іонів біля аноду і катоду; закони електролізу.

Студент повинен уміти: складати схеми електролізу водних розчинів солей з розчинним і нерозчинним анодами; експериментально здійснювати електроліз водних розчинів солей; розраховувати кількості речовин, які виділяються на аноді і катоді.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Електролізом називається окисно-відновний процес, який здійснюється на електродах при пропусканні постійного електричного струму крізь розплав або розчин електроліту. Цей процес супроводжується перетворенням електричної енергії у хімічну.

Під час електролізу позитивно заряджені іони переміщуються до катоду (катіони), а негативно заряджені – до аноду (аніони). Внаслідок цього на електродах виділяються продукти окислення (на аноді) і відновлення (на катоді). Первинні продукти можуть взаємодіяти між собою з утворенням вторинних продуктів електролізу. Тому сутністю процесу електролізу є окислення аніонів на аноді і відновлення катіонів на катоді.

Електроліз проводять у спеціальних приладах (електролізерах), які обладнані двома електродами. Електроди бувають інертні (нерозчинні), які вироблені з платини, іридію, графіту або вугілля, і активні, тобто розчинні.

При електролізі розчинів електролітів спостерігається нижчезазначена послідовність розряду катіонів і аніонів.

На катоді. До катоду одночасно підходять катіони металів і водню. Послідовність їх розрядження визначається величиною стандартного електродного потенціалу відповідного процесу відновлення (див. таблицю “Ряд напруги металів”). В першу чергу відновлюються частинки з найбільшим електродним потенціалом, вони є найсильнішими окисниками у системі.

Тому при електролізі водних розчинів солей найбільш активних металів, що розташовуються до алюмінію включно, відновлюються не катіони металів, а водень з молекул води:

2Н₂О + 2ē → Н₂↑ + 2ОН^-

Якщо до катоду підходять катіони різних металів, то їх відновлення йде у відповідності із зменшенням їх стандартних електродних потенціалів. Наприклад, якщо у склад електроліту входять іони Мn²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, H⁺, то в першу чергу будуть розряджатися іони Н⁺ (найбільший електродний потенціал), а потім іони металів у такій послідовності: Ni²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, Мn²⁺.

На аноді. До аноду підходять аніони кислот та іони ОН^-. В першу чергу окислюються частинки з найменшим потенціалом, вони є найсильнішим відновником.

Аніони безкисневих кислот (крім F^-) є добрими відновниками. Тому СІ^-, Вr ^-, I^-, S^2- та інші легко окислюються, утворюючи прості речовини:

2СІ^- → СІ₂ + 2ē

S^2- → S⁰ + 2ē

Аніони кисневмісних кислот (NO₃^-, SO₄^2-, PO₄^3- та інші) у водних розчинах не окислюються. Замість цього йде окислення кисню з молекул води:

2Н₂О ^{-4 ē} О₂↑ + 4Н⁺

На основі вищезазначених закономірностей можна складати схеми електролізу розплавів або розчинів будь-яких електролітів.