Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

18.10: Электролиз
СОДЕРЖАНИЕ

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.

Education
Electrolysis
 
ТРАНСКРИПТ

18.10: Электролиз

В гальванической ячейке электрическая работа осуществляется системой ОВП на её окрестности, поскольку электроны, производимые спонтанными окислительно-восстановительных реакциями, передаются через внешнюю цепь. В качестве альтернативы, внешняя цепь работает на ОВП-системе, устанавливая напряжение, достаточное для того, чтобы в процессе, известном как электролиз, в противном случае спонтанная реакция. Например, перезарядка аккумулятора предполагает использование внешнего источника питания для спонтанной (разряженной) реакции ячейки в обратном направлении, восстанавливая в некоторой степени состав полуячеек и напряжение батареи. К другим примерам относится использование электролиза в утончении металлических руд, производстве товарных химических веществ, а также гальваническое покрытие металлических покрытий на утварь, украшения и т.д.

Прогнозирование продукта электролиза

Электролиз расплавленного хлорида натрия, NaCl (l), используется для промышленного производства металлического натрия, Na и хлора, Cl2. Ионы натрия (Na+) уменьшаются до атомов на катоде, а ионы хлорида окисляются до хлора, Cl2, на аноде. Окислительно-восстановительные реакции:

Eq1

Отрицательный клеточный потенциал указывает на неспонтанную реакцию, которая должна быть проведена путем наложения положительного потенциала величиной более -12 4.07 В. Электролиз расплавленного хлорида натрия осуществляется при высокой температуре 801 °C, так как ионные твердые вещества расплавляются при высоких температурах.

Электролиз воды производит стехиометрические количества кислорода на аноде и водорода на катоде. Для улучшения электропроводности концентрация ионов водорода в воде увеличивается за счет добавления сильной кислоты. Связанные с ними окислительно-восстановительные реакции:

Eq2

Электролиз растворов ионных соединений, таких как водный хлорид натрия, может включать электролиз как водных видов (H2O, H+, OH-), так и видов растворённое вещество (катионов и анионов соединения) на аноде и катоде.

Электролиз водного хлорида натрия может включать одну из двух реакций анода:

Eq3

Термодинамически вода будет легче окисляться; однако на практике образуется хлор. Для окисления воды потребуется значительно большее напряжение. Для преодоления этого перенапряжения выбираются электмоль и тщательно отслеживается потенциал ячейки, чтобы гарантировать окисление ионов хлорида на аноде.

Аналогично, возможные реакции снижения на катоде:

Eq4

Сравнение этих стандартных потенциалов половинной реакции позволяет предположить, что снижение воды термодинамически предпочтется. В этом случае реакция ячейки сети будет следующей:

Eq5

Количественные аспекты электролиза

Электрический ток — это скорость потока электронов и измеряется в амперах, один кулон в секунду (A = 1 C/s). Переданный заряд, Q, по проходу постоянного тока, I, за указанный временной интервал, t, дается

Eq6

Когда электроны передаются в процессе ОВП, стехиометрия реакции может использоваться для получения общего количества (электронного) заряда. Например, общий процесс сокращения,

Eq7

включает передачу n моль электронов. Таким образом, передаваемый сбор

Eq8

Где F – постоянная Фарадея, заряд кулонов для одного моль электронов. Для электрохимической ячейки измеряется ток, который можно использовать в стехиометрических расчетах, связанных с реакционной реакцией клетки.

Этот текст был адаптирован к OpenStax, Химия 2е изд., раздел 17.7: Электролиз.

Tags

Electrolysis Redox Reactions Voltaic Cells Electrical Energy Electrolytic Cell Anode Cathode Oxidation Reduction External Source Of Electrons Battery Ionic Compounds Constituent Elements Molten State Aqueous State Conducting Electricity Potassium Bromide Bromide Ions Bromine Gas Potassium Ions Solid Potassium Molten Ionic Mixtures Sodium Iodide Electrode Potentials

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter