Электролиз. Электролиз заңдары


Электролиттердің (тұздар, қышқылдар, негіздер) ерітінділері не балқымалары арқылы тұрақты тоқ өткенде электродтарда (катод, анод) жүретін тотығу-тотықсыздану процестерін электролиз деп атайды.

Катодта тотықсыздану процесі, анодта тотығу процесі жүреді. Электролиз кезінде катодта:

1. Егер кернеу қатарында алюминийге дейін (алюминийді қоса) тұрған металдар тұздары не гидроксидтері ерітінділері электролизге түссе, сутегі бөлінеді. 2H+ + 2е- → H2.

2. Егер кернеу қатарында сутегіден кейін тұрған металдар тұздары не гидроксидтері ерітінділері электролизге түссе, металл бөлінеді: Cu2+ + 2е- → Cu0.

3. Егер кернеу қатарында алюминийден кейін сутегіге дейін тұрған металл тұздары не гидроксидтері ерітінділері электролизге түссе, сутегі де, металл да бөлінеді: 2H+ + 2е- → H2; Zn2+ + 2е- → Zn. Катодта бөлінген металл массасы өткен электр тоғы мөлшеріне сәйкес келмейді, себебі оның белгілі бір мөлшері сутегі түзілуіне жұмсалады.

4. Активтігі жоғары металдарды электролиз арқылы алу үшін олардың тұздарының не гидроксидтерінің балқымасын қолданады: 2NaCl электролиз, балқыма ® 2Na + Cl2.

Электролиз кезінде анодта:

1. Егер ерітіндіде оттексіз қышқыл қалдығы және гидроксид-иондары болса, электролиз кезінде оттексіз қышқыл қалдығының анодта тотығуы жүреді: 2Cl- − 2е- → Cl2.

2. Егер ерітіндіде оттекті қышқыл қалдығы және гидроксид-иондары болса, электролиз кезінде анодта гидроксид-иондары тотығады:

4OH- − 4е- → O2 + 2H2O.

3. Егер анод ретінде еритін анодтар (Ni, Cu, Zn) алынса, онда анодтың еру процесі жүреді: Cuo − 2е- → Cu2+.

Электролиз процесінің сандық сипаттамасы Фарадей заңдарымен анықталады: Электролиттер массасы, сонымен бірге электродтарда бөлінетін заттар массасы электролит ерітіндісі не балқымасы арқылы өткен электр тоғы мөлшеріне тура пропорционал: m = mЭIt/F, мұндағы mЭ – заттың эквивалент массасы, г/моль; I – тоқ күші, А; t – электролиз процесінің уақыты,с; F = 96500Кл/моль – Фарадей тұрақтысы; m – электродтарда бөлінген зат массасы,г; It – электр тоғы мөлшері.

V = VЭIt/F; V – электродтарда бөлінген газ колемі,л; VЭ – заттың эквивалент көлемі, л/моль.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Электролиттер ерітіндісіндегі электролиз процесінің кестесін мысалдар арқылы көрсетіңіздер.

2. Электролиттер балқымасындағы электролиз процесінің кестесін мысалдар арқылы көрсетіңіздер.

3. Электролиз заңдары.

4. Электролиз процесінде қолданылытын электродтар.

5. Тұздарының, гидроксидтерінің сулы ерітіндісінен қандай металдарды электролиз арқылы алуға болмайды, неге?

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. Электролизерлер қатарында мына электролиттердің ерітінділері:

a) CuSO4; б) NiSO4; в) Fe2(SO4)3; г) FeCl2 құйылған, олар арқылы тоқ өткізілген. Сонда соңғы электролизердің анодында 1,4л хлор (00С және 101,3кПа) бөлінсе, катодтарда қанша металл массалары бөлінген?

Жауабы: a) 3,97 г; б) 3,67 г; в) 2,33 г; г) 3,49 г.

2. NaCl ерітіндісін 30 мин. электролизге ұшыратқанда, анодта 2,8л хлор қ.ж. бөлінген. Тоқ күшін өзгертпей электролизге 45 мин 0,75н CuSO4 ерітіндісінің қандай көлемін түсіруге болады? Жауабы: 0,5л.

3. AgNO3 ерітіндісін 50 мин 3А ток күшімен электролизге ұшыратқанда катодта 9,6 г күміс бөлінсе, күмістің шығымын есептеу керек. Жауабы: 95,4%.

4. 200 мл FeSO4 ерітіндісін электролизге түсіргенде анодта −30С және 103,4кПа жағдайында 2712мл оттегі бөлінген, сонда FeSO4 ерітіндісінің молярлығын анықтау керек. Жауабы: 1,25М.

5. 250мл 6% (r=1,05) HgCl2 ерітіндісін 5,8А тоқ күшімен қанша уақыт электролизге ұшыратуға болады? Жауабы: 32,3 мин.

6. 6л оттегіні (170С және 98кПа) 3сағ. электролизге NaOH ерітіндісін түсіріп алу үшін тоқ күші қанша болу керек? Жауабы: 8,7А.

7. AgNO3 ерітіндісінен 0,27г күміс бөліп алу үшін 0,5А тоқ күшін неше минут өткізу керек? Жауабы: 8 мин.

8. 40 мл 0,25н CuSO4 ерітіндісінен мысты толық бөліп алу үшін 1,93А тоқ күшін неше минут өткізу керек. Жауабы: 8,33 мин.

9. NaOH және NiCl2 балқымаларының инертті электродтарда жүретін электролиз процестерінің теңдеулерін құру керек.

10. Көмір электродтарында жүретін BaCl2 және Pb(NO3)2 ерітінділерінің электролиз процесінің теңдеулерін жазу керек.

11. Мырыш хлоридінің a) мырыш аноды; б) көмір аноды болған жағдайлардағы электролиз кезінде электродтарда жүретін теңдеулерді жазу керек.

12. Концентрациялары бірдей никель, мыс, күміс, темір(ІІ) сульфатары ерітінділерінің электролизінде металдардың бөлінуі қандай кезекпен жүреді?

13. Мыс электродтарында жүретін KNO3 ерітіндісінің электролиз процестерінің кестесін жазу керек.

14. 2 А ток өткенде 2 моль судың толық айрылуы үшін қанша уақыт қажет болады? Жауабы: 53,6 сағ.

15. Платина тұзы ерітіндісі арқылы 10 минут 5А тоқ өткізілгенде 1,517г Рt бөлінсе, бұл металдың эквивалент массасы қанша болады?

Жауабы: 48,8г/моль.

16. 1г кадмий бөлінуі үшін оның тұзы ерітіндісінен 1717Кл электр тоғы (It) өткізілген. Кадмийдің эквивалент массасы нешеге тең? Жауабы: 56,2г/моль.

17. Үш валентті металл тұзы ерітіндісі арқылы 1,5А тоқ 30мин. өткізілгенде катодта 1,071г металл бөлінген болса, сол металдың атомдық массасы нешеге тең? Жауабы: 114,8г/моль.

18. Белгілі бір уақыт аралығында NaCI және Na3PO4 сулы ерітінділерін электролизге ұшыратса, тұздардың мөлшері өзгере ме? Анодта және катодта жүретін электрондық теңдеулерді құрып, жауаптарыңды дәлелдеу керек.

19. Көмір электродтарында мына тұздардың NaF, KCI, AgNO3 сулы ерітінділерінің электролиз процесінің кестесін құру керек, CuSO4 ерітіндісінің – мыс анодындағы.

20. Егер электролит арқылы 30 минут 2,5А тоқ өткенде ерітіндіден 2,77г металл бөлінсе, металдың эквивалент массасы қанша болғаны?

Жауабы: 59,4г/моль.