عند النظر في التحليل الكهربائي للمحاليل المائية، فمن الضروري أن نأخذ في الاعتبار أنه بالإضافة إلى أيونات المنحل بالكهرباء، في أي محلول مائي هناك أيضا أيونات هي منتجات تفكك الماء H + و OH –.

في المجال الكهربائي، تنتقل أيونات الهيدروجين إلى الكاثود، وأيونات OH إلى القطب الموجب. وبالتالي، يمكن تفريغ كل من كاتيونات الإلكتروليت وكاتيونات الهيدروجين عند الكاثود. وبالمثل، عند الأنود، يمكن تفريغ كل من أنيونات الإلكتروليت وأيونات الهيدروكسيد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تخضع جزيئات الماء أيضًا للأكسدة أو الاختزال الكهروكيميائي.

أي نوع من العمليات الكهروكيميائية التي ستحدث في الأقطاب الكهربائية أثناء التحليل الكهربائي سيعتمد في المقام الأول على القيم النسبية لإمكانات القطب للأنظمة الكهروكيميائية المقابلة. من بين العديد من العمليات المحتملة، ستستمر العملية التي يتضمن تنفيذها الحد الأدنى من استهلاك الطاقة. وهذا يعني أن الأشكال المؤكسدة للأنظمة الكهروكيميائية ذات إمكانات القطب الأعلى سيتم تقليلها عند الكاثود، وسيتم أكسدة الأشكال المخفضة للأنظمة ذات إمكانات القطب الأقل عند القطب الموجب. بشكل عام، تلك الذرات والجزيئات والأيونات التي تكون إمكاناتها هي الأدنى في ظل ظروف معينة تتأكسد بسهولة أكبر عند القطب الموجب، وتلك الأيونات والجزيئات والذرات التي تكون إمكاناتها الأعلى يتم استعادتها بسهولة أكبر عند الكاثود. دعونا ننظر في العمليات الكاثودية التي تحدث أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل الملحية المائية. ومن الضروري هنا أن نأخذ في الاعتبار حجم جهد القطب الكهربائي لعملية اختزال أيونات الهيدروجين، والتي تعتمد على تركيز أيونات الهيدروجين. نحن نعرف المعادلة العامة لجهد القطب الكهربائي لقطب الهيدروجين (القسم 2.3).

في حالة المحاليل المتعادلة (pH=7)، تكون قيمة جهد القطب لعملية اختزال أيونات الهيدروجين هي

φ = –0,059 . 7 = –0.41 فولت.

1) أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل الملحية التي تحتوي على الكاتيونات المعدنية، والتي تكون إمكانات القطب فيها أكثر إيجابية بكثير من -0.41 فولت، سيتم تقليل المعدن من محلول محايد لمثل هذا المنحل بالكهرباء عند الكاثود. توجد مثل هذه المعادن في سلسلة الجهد بالقرب من الهيدروجين (تبدأ تقريبًا من القصدير وبعده)؛

2) أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل الملحية التي تحتوي على الكاتيونات المعدنية، والتي تكون إمكانات القطب فيها أكثر سلبية بكثير من - 0.41 فولت، لن يتم تقليل المعدن عند الكاثود، ولكن سيتم إطلاق الهيدروجين. وتشمل هذه المعادن القلويات، والأرض القلوية، والمغنيسيوم، والألومنيوم، وما يصل إلى التيتانيوم تقريبًا؛

3) أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل الملحية التي تحتوي على الكاتيونات المعدنية، والتي تقترب إمكانات القطب من –0.41 فولت (المعادن في الجزء الأوسط من السلسلة - Zn، Cr، Fe، Cd، Ni)، ثم اعتمادًا على تركيز المحلول الملحي وظروف التحليل الكهربائي (الكثافة الحالية، ودرجة الحرارة، وتكوين المحلول)، ومن الممكن تقليل المعادن وتطور الهيدروجين؛ في بعض الأحيان يتم ملاحظة إطلاق مشترك للمعدن والهيدروجين.

يحدث التطور الكهروكيميائي للهيدروجين من المحاليل الحمضية بسبب تفريغ أيونات الهيدروجين:

2 ح + 2ē → 2Н 0

2 ح 0 = ن 2 .

في حالة الوسائط المحايدة أو القلوية، يحدث تطور الهيدروجين نتيجة الاختزال الكهروكيميائي للماء:

НН + ē → Н 0 + هو –

ن 0 + ن 0 = ن 2 ,

ثم 2НН + 2ē → ح 2 + 2أوه –

وبالتالي، يتم تحديد طبيعة العملية الكاثودية أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية في المقام الأول من خلال موضع المعدن المقابل في سلسلة إمكانات القطب الكهربائي القياسية للمعادن.

إذا تم إخضاع محلول مائي يحتوي على كاتيونات من معادن مختلفة للتحليل الكهربائي، فإن إطلاقها عند الكاثود، كقاعدة عامة، سوف يستمر بترتيب تقليل القيمة الجبرية لإمكانات القطب المعدني. على سبيل المثال، من خليط من الكاتيونات Ag + وCu 2+ وZn 2+، مع وجود جهد كافٍ عند أطراف المحلل الكهربائي، سيتم أولاً تقليل الكاتيونات الفضية (φ 0 = +0.8 V)، ثم النحاس (φ 0 = +0.34). V) وأخيرًا الزنك (φ 0 = –0.76 V).

يستخدم الفصل الكهروكيميائي للمعادن من خليط الكاتيونات في الهندسة والتحليل الكمي. بشكل عام، يتم تحديد قدرة أيونات المعادن على التفريغ (اكتساب الإلكترونات) من خلال موضع المعادن في سلسلة جهود القطب القياسية. كلما كان المعدن في سلسلة الجهد إلى اليسار، كلما زاد جهده السلبي أو جهده الأقل إيجابية، كلما زادت صعوبة تفريغ أيوناته. وبالتالي، من بين أيونات المعادن الموجودة في سلسلة الجهد، يتم تفريغ أيونات الذهب ثلاثية التكافؤ بسهولة أكبر (عند أدنى جهد للتيار الكهربائي)، ثم أيونات الفضة، وما إلى ذلك. من الصعب تفريغ أيونات البوتاسيوم (عند أعلى جهد كهربائي). لكن جهد المعدن كما هو معروف يختلف باختلاف تركيز أيوناته في المحلول؛ وبنفس الطريقة فإن سهولة تفريغ أيونات كل معدن تتغير حسب تركيزها: فزيادة التركيز تسهل تفريغ الأيونات، والنقصان يجعل الأمر أكثر صعوبة. لذلك، أثناء التحليل الكهربائي لمحلول يحتوي على أيونات من عدة معادن، قد يحدث إطلاق معدن أكثر نشاطًا في وقت أبكر من إطلاق معدن أقل نشاطًا (إذا كان تركيز أيون المعدن الأول كبيرًا، وكان تركيز أيون المعدن الأول كبيرًا، وكان والثاني صغير جداً).

دعونا نفكر في العمليات الأنودية التي تحدث أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل الملحية المائية. تعتمد طبيعة التفاعلات التي تحدث عند الأنود على وجود جزيئات الماء وعلى المادة التي يصنع منها الأنود. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن مادة الأنود قد تتأكسد أثناء التحليل الكهربائي. في هذا الصدد، يتم التمييز بين التحليل الكهربائي باستخدام أنود خامل (غير قابل للذوبان) والتحليل الكهربائي باستخدام أنود نشط (قابل للذوبان). الأنودات غير القابلة للذوبان مصنوعة من الفحم والجرافيت والبلاتين والإيريديوم. الأنودات القابلة للذوبان - مصنوعة من النحاس والفضة والزنك والكادميوم والنيكل والمعادن الأخرى. عند الأنود غير القابل للذوبان، أثناء عملية التحليل الكهربائي، تحدث أكسدة الأنيونات أو جزيئات الماء. أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأحماض الخالية من الأكسجين HI، HBr، HCl، H 2 Si وأملاحها (باستثناء HF والفلوريدات)، يتم تفريغ الأنيونات عند الأنود ويتم إطلاق الهالوجين المقابل. لاحظ أن إطلاق الكلور أثناء التحليل الكهربائي لحمض الهيدروكلوريك وأملاحه يتعارض مع الموقع النسبي للأنظمة

2Cl – – 2ē →Cl 2 (φ 0 = +1.36 فولت)

2 ح 2 يا– 4ē →يا 2 + 4 ح + (φ 0 = +1.23 فولت)

في نطاق إمكانات القطب القياسية. يرتبط هذا الشذوذ بجهد زائد كبير في الثانية من هاتين العمليتين الكهربائيتين - مادة الأنود لها تأثير مثبط على عملية إطلاق الأكسجين.

أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأملاح التي تحتوي على الأنيونات SO 4 2-، SO 3 2-، NO 3 -، PO 4 3-، وما إلى ذلك، وكذلك فلوريد الهيدروجين والفلوريدات، تحدث الأكسدة الكهروكيميائية للماء. اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني للمحلول، تحدث هذه العملية بشكل مختلف ويمكن كتابتها بمعادلات مختلفة. في الوسط القلوي، المعادلة لها الشكل

4أوه – – 4ē → 2H 2 س+س 2 , (الرقم الهيدروجيني > 7)

وفي الوسائط الحمضية أو المحايدة لدينا

هاه– 2ē →يا 0 + 2 ح + (الرقم الهيدروجيني ≥ 7)

2 يا 0 = يا 2 ,

ثم 2 ح 2 أوه – 4ē → 4Н + + 2O 2 .

في الحالات قيد النظر، تعد الأكسدة الكهروكيميائية للماء هي العملية الأكثر ملاءمة للطاقة. تحدث أكسدة الأنيونات المحتوية على الأكسجين بإمكانات عالية جدًا. على سبيل المثال، جهد الأكسدة القياسي لأيون SO 4 2 – 2ē → S 2 O 8 2 هو 2.01 فولت، وهو أعلى بكثير من جهد الأكسدة القياسي للماء البالغ 1.228 فولت.

2 ح 2 O - 4ē → O 2 + 4 ساعات + (φ 0 = 1.228 فولت).

تعتبر إمكانات الأكسدة القياسية لأيون F أكثر أهمية

2F – – 2ē →F 2 (φ 0 = 2 ,87 في).

بشكل عام، أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأملاح، تقترب الكاتيونات المعدنية والهيدروجينية في نفس الوقت من كاثود المحلل الكهربائي، وكل منها "يدعي" أنه يتم اختزاله بواسطة الإلكترونات القادمة من الكاثود. كيف ستتم عملية الاختزال فعليًا عند الكاثود؟ يمكن الحصول على الإجابة بناءً على عدد من الضغوط المعدنية. علاوة على ذلك، كلما انخفضت القيمة الجبرية لجهد القطب القياسي للمعدن، كلما كانت مستقبلات الإلكترونات أضعف، وكلما زادت صعوبة استعادتها عند الكاثود. وفي هذا الصدد، يتم التمييز بين ثلاث مجموعات من الكاتيونات وفقًا لعلاقتها بالاختزال الكهربائي.

1. الكاتيونات تتميز بنشاط سحب الإلكترون العالي (Cu 2+، Hg 2+، Ag+، Au 3+، Pt 2+، Pt 4+). أثناء التحليل الكهربائي لأملاح هذه الكاتيونات، يتم تقليل الكاتيونات المعدنية بالكامل تقريبًا؛ الناتج الحالي هو 100% أو قيمة قريبة منه.

2. تتميز الكاتيونات بقيم متوسطة لقدرة سحب الإلكترون (Mn 2+، Zn 2+، Cr 3+، Fe 2+، Ni 2+، Sn 2+، Pb 2+). أثناء التحليل الكهربائي عند الكاثود، يتم تقليل كاتيونات كل من جزيئات المعدن والماء في وقت واحد، مما يؤدي إلى انخفاض في الناتج الحالي للمعدن.

3. الكاتيونات ذات قدرة منخفضة على سحب الإلكترون (K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Al 3+ ). في هذه الحالة، مستقبلات الإلكترون عند الكاثود ليست كاتيونات المجموعة قيد النظر، ولكن جزيئات الماء. في هذه الحالة، تظل الكاتيونات نفسها دون تغيير في المحلول المائي، وتقترب الكفاءة الحالية من الصفر.

علاقة الأنيونات المختلفة بالأكسدة الكهربائية عند الأنود

تحتفظ أنيونات الأحماض الخالية من الأكسجين وأملاحها (Cl¯،Br¯،J¯،S2-،CN¯، إلخ) بإلكتروناتها أضعف من جزيئات الماء. لذلك، أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للمركبات التي تحتوي على هذه الأنيونات، ستلعب هذه الأخيرة دور الجهات المانحة للإلكترون، حيث ستتأكسد وتنقل إلكتروناتها إلى الدائرة الخارجية للمحلل الكهربائي.

أنيونات أحماض الأكسجين (NO 3 ¯، SO 4 2-، PO 4 3-، وما إلى ذلك) قادرة على الاحتفاظ بإلكتروناتها بقوة أكبر من جزيئات الماء. في هذه الحالة، يتأكسد الماء عند الأنود، لكن الأنيونات نفسها تبقى دون تغيير.

وفي حالة الأنود القابل للذوبان، يزداد عدد عمليات الأكسدة إلى ثلاث:

1) الأكسدة الكهروكيميائية للمياه مع إطلاق الأكسجين؛ 2) تفريغ الأنيون (أي أكسدته)؛ 3) الأكسدة الكهروكيميائية للمعدن الأنودي (الانحلال الأنودي للمعدن).

من بين العمليات المحتملة، ستحدث العملية الأكثر ملاءمة من حيث الطاقة. إذا كان معدن الأنود موجودًا في سلسلة من الإمكانات القياسية قبل كلا النظامين الكهروكيميائيين الآخرين، فسيتم ملاحظة الذوبان الأنودي للمعدن. وإلا، سيتم إطلاق الأكسجين أو سيتم تفريغ الأنيون. لم يتم إنشاء تسلسل وثيق لتصريف الأنيونات. من خلال تقليل القدرة على منح الإلكترونات، يتم ترتيب الأنيونات الأكثر حدوثًا على النحو التالي: S 2-,J ¯,Br ¯,Cl ¯,OH¯,H 2 O,SO 4 2-,NO 3 ¯,CO 3 2- ,ص 4 3- .

دعونا نفكر في عدة حالات نموذجية للتحليل الكهربائي للمحاليل المائية.

التحليل الكهربائي لمحلول CuCl 2 باستخدام أنود غير قابل للذوبان

في سلسلة الجهد، يقع النحاس بعد الهيدروجين، لذلك سيتم تفريغ Cu 2+ عند الكاثود وسيتم إطلاق النحاس المعدني، وسيتم أكسدة أيونات الكلوريد عند الأنود إلى الكلور الجزيئي Cl 2 .

	الكاثود (-)
	النحاس 2+ + 2ē → النحاس 0
	2Cl – – 2ē → Cl 2

النحاس 2+ + 2 Cl – → النحاس 0 + كل 2

CuCl 2 → النحاس 0 + كل 2

العائد الحالي للمعادن (95-100٪).

التحليل الكهربائي لمحلول NaNO3

وبما أن الصوديوم أقدم بكثير من الهيدروجين في سلسلة الجهد، فسيتم تفريغ الماء عند الكاثود. سيتم تفريغ الماء أيضًا عند الأنود.

الكاثود (-)

2 ح 2 يا+ 2ē →ح 2 + 2 أوه –

2 ح 2 يا - 4ē → 4H + + يا 2 .

وبالتالي، يتم إطلاق الهيدروجين عند الكاثود ويتم إنشاء بيئة قلوية، ويتم إطلاق الأكسجين عند الأنود ويتم إنشاء بيئة حمضية بالقرب من الأنود. إذا لم يتم فصل فراغات الأنود والكاثود عن بعضها البعض، فإن المحلول بجميع أجزائه سيبقى متعادلاً كهربائياً.

	الكاثود (-)
	2 ح 2 يا+ 2ē →ح 2 + 2 أوه –
	2 ح 2 يا - 4ē → 4H + + يا 2 .

6 ح 2 يا → 2H 2 + 4أوه – + 4 ساعات + + يا 2

6 ح 2 يا → 2H 2 + يا 2 + 4 ساعات 2 يا

2 ح 2 يا → 2 ح 2 + يا 2

الناتج الحالي من المعدن هو صفر.

لذلك، أثناء التحليل الكهربائي لمحلول NaNO3، سيحدث التحليل الكهربائي للماء. يتم تقليل دور ملح NaNO 3 إلى زيادة التوصيل الكهربائي للمحلول.

التحليل الكهربائي لمحلول FeSO 4

التفاعلات عند الكاثود (-) (الاختزال):

أ) الحديد 2+ + 2ē → الحديد 0	ردود الفعل المتزامنة
ب) 2 ح 2 يا+ 2ē →ح 2 + 2 أوه – .

التفاعل عند الأنود (+) (الأكسدة):

2 ح 2 يا - 4ē → 4H + + يا 2 .

الناتج الحالي المعدني متوسط.

التحليل الكهربائي لمحلول KJ مع الأنود غير القابل للذوبان

	الكاثود (-)
	2 ح 2 يا+ 2ē →ح 2 + 2 أوه –
	2J – – 2ē → ي 2

2 ح 2 يا + 2J – → ح 2 + 2 أوه – + ج 2 .

المعادلة النهائية لتفاعل التحليل الكهربائي لمحلول KJ هي:

2 كيلو جول + 2 ساعة 2 يا → ح 2 + ج 2 +2كوه.

التحليل الكهربائي لمحلول CuSO 4 باستخدام أنود النحاس (القابل للذوبان).

الجهد القياسي للنحاس هو +0.337 فولت، وهو أعلى بكثير من -0.41 فولت؛ لذلك، أثناء التحليل الكهربائي لمحلول CuSO 4 عند الكاثود، يتم تفريغ أيونات Cu 2+ ويتم إطلاق النحاس المعدني. عند الأنود، تحدث العملية المعاكسة - أكسدة المعدن، لأن إمكانات النحاس أقل بكثير من إمكانات أكسدة الماء (+1.228 فولت)، وحتى أكثر من ذلك - إمكانية أكسدة SO 4 2- أيون ( +2.01 فولت). وبالتالي، في هذه الحالة، يتلخص التحليل الكهربائي في إذابة المعدن (النحاس) الموجود في القطب الموجب وفصله عند الكاثود.

مخطط التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات النحاس:

الكاثود (-)

النحاس 2+ + 2ē → النحاس 0

النحاس 0 – 2ē → النحاس 2+ .

تُستخدم هذه العملية للتكرير الكهربائي للمعادن (وتسمى التكرير الكهربائي).

التحليل الكهربائي

إحدى طرق إنتاج المعادن هي التحليل الكهربائي. توجد المعادن النشطة في الطبيعة فقط على شكل مركبات كيميائية. كيفية عزل هذه المركبات في الحالة الحرة؟

تقوم محاليل وذوبان الإلكتروليتات بتوصيل التيار الكهربائي. ومع ذلك، عندما يتم تمرير التيار من خلال محلول إلكتروليت، يمكن أن تحدث تفاعلات كيميائية. دعونا نفكر فيما سيحدث إذا تم وضع لوحين معدنيين في محلول أو ذوبان إلكتروليت، كل منهما متصل بأحد أقطاب مصدر التيار. تسمى هذه اللوحات بالأقطاب الكهربائية. التيار الكهربائي هو تيار متحرك من الإلكترونات. عندما تنتقل الإلكترونات الموجودة في الدائرة من قطب كهربائي إلى آخر، تظهر فائض من الإلكترونات في أحد الأقطاب الكهربائية. تمتلك الإلكترونات شحنة سالبة، لذا فإن هذا القطب مشحون بشحنة سالبة. ويسمى الكاثود. ينشأ نقص في الإلكترونات عند القطب الآخر ويصبح مشحونًا بشحنة موجبة. ويسمى هذا القطب الأنود. ينفصل المنحل بالكهرباء الموجود في محلول أو ذوبان إلى أيونات موجبة الشحنة - كاتيونات وأيونات سالبة الشحنة - أنيونات. تنجذب الكاتيونات إلى القطب السالب الشحنة - الكاثود. تنجذب الأنيونات إلى القطب الموجب الشحنة - الأنود. على سطح الأقطاب الكهربائية، يمكن أن تحدث تفاعلات بين الأيونات والإلكترونات.

يشير التحليل الكهربائي إلى العمليات التي تحدث عندما يتم تمرير التيار الكهربائي من خلال المحاليل أو ذوبان الشوارد الكهربائية.

العمليات التي تحدث أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل وذوبان الشوارد مختلفة تمامًا. دعونا نفكر في كلتا الحالتين بالتفصيل.

التحليل الكهربائي للمصهورات

على سبيل المثال، فكر في التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم. في المنصهر، يتفكك كلوريد الصوديوم إلى أيوناتنا+
و Cl - : NaCl = Na + + Cl -

تنتقل كاتيونات الصوديوم إلى سطح القطب السالب المشحون - الكاثود. هناك فائض من الإلكترونات على سطح الكاثود. ولذلك، يتم نقل الإلكترونات من سطح القطب إلى أيونات الصوديوم. في هذه الحالة الأيوناتنا+ تتحول إلى ذرات صوديوم، أي يحدث اختزال للكاتيوناتنا+ . معادلة العملية:

نا + + ه - = نا

أيونات الكلوريد Cl - الانتقال إلى سطح القطب الموجب الشحنة - الأنود. يتم إنشاء نقص الإلكترونات على سطح الأنود ويتم نقل الإلكترونات من الأنيوناتالكلور- إلى سطح القطب. وفي الوقت نفسه، أيونات سالبة الشحنةالكلور- تتحول إلى ذرات الكلور، والتي تتحد فورًا لتشكل جزيئات الكلور Cل 2 :

2С l - -2е - = Cl 2

تفقد أيونات الكلوريد الإلكترونات، أي أنها تتأكسد.

دعونا نكتب معًا معادلات العمليات التي تحدث عند الكاثود والأنود

نا + + ه - = نا

2 C l - -2 e - = Cl 2

يشارك إلكترون واحد في اختزال كاتيونات الصوديوم، ويشارك إلكترونين في أكسدة أيونات الكلور. ومع ذلك، يجب مراعاة قانون حفظ الشحنة الكهربائية، أي أن الشحنة الإجمالية لجميع الجزيئات في المحلول يجب أن تكون ثابتة، وبالتالي فإن عدد الإلكترونات المشاركة في اختزال كاتيونات الصوديوم يجب أن يكون مساويًا لعدد الإلكترونات المشاركة في أكسدة أيونات الكلوريد لذلك نضرب المعادلة الأولى في 2 :

نا + + ه - = نا 2

2С l - -2е - = Cl 2 1

لنجمع المعادلتين معًا ونحصل على معادلة التفاعل العامة.

2 Na + + 2С l - = 2 Na + Cl 2 (معادلة التفاعل الأيوني)، أو

2 كلوريد الصوديوم = 2 نا + الكلور 2 (معادلة التفاعل الجزيئي)

لذلك، في المثال المذكور، نرى أن التحليل الكهربائي هو تفاعل الأكسدة والاختزال. عند الكاثود، يحدث اختزال الأيونات الموجبة - الكاتيونات، وعند الأنود - أكسدة الأيونات السالبة - الأنيونات. يمكنك أن تتذكر العملية التي تحدث عند استخدام "قاعدة T":

الكاثود - الكاتيون - الاختزال.

مثال 2.التحليل الكهربائي لهيدروكسيد الصوديوم المنصهر.

ينفصل هيدروكسيد الصوديوم في المحلول إلى كاتيونات وأيونات هيدروكسيد.

الكاثود (-)<-- Na + + OH - à Анод (+)

على سطح الكاثود، يتم تقليل كاتيونات الصوديوم، وتتكون ذرات الصوديوم:

الكاثود (-) Na + +e à Na

على سطح الأنود، تتأكسد أيونات الهيدروكسيد، ويتحرر الأكسجين وتتكون جزيئات الماء:

الكاثود (-) Na + + e à Na

الأنود (+)4 OH - – 4 ه à 2 H 2 O + O 2

يجب أن يكون عدد الإلكترونات المشاركة في تفاعل اختزال كاتيونات الصوديوم وفي تفاعل أكسدة أيونات الهيدروكسيد هو نفسه. لذلك، دعونا نضرب المعادلة الأولى في 4:

الكاثود (-) Na + + e à Na 4

الأنود (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2 1

لنجمع المعادلتين معًا ونحصل على معادلة تفاعل التحليل الكهربائي:

4 هيدروكسيد الصوديوم إلى 4 Na + 2 H2O + O2

مثال 3.خذ بعين الاعتبار التحليل الكهربائي للمصهور Al2O3

باستخدام هذا التفاعل، يتم الحصول على الألومنيوم من البوكسيت، وهو مركب طبيعي يحتوي على الكثير من أكسيد الألومنيوم. درجة انصهار أكسيد الألومنيوم عالية جدًا (أكثر من 2000 درجة مئوية)، لذلك تتم إضافة إضافات خاصة إليه لخفض نقطة الانصهار إلى 800-900 درجة مئوية. وفي المصهور، يتفكك أكسيد الألومنيوم إلى أيوناتآل 3+ و يا 2- . ح ويتم تقليل الكاتيونات عند الكاثودآل 3+ وتحولها إلى ذرات الألومنيوم:

آل +3 ه آل

تتأكسد الأنيونات عند الأنود O2- وتتحول إلى ذرات أكسجين. تتحد ذرات الأكسجين على الفور لتكوين جزيئات O2:

2 يا 2- – 4 ه يا 2

يجب أن يكون عدد الإلكترونات المشاركة في عمليتي اختزال كاتيونات الألومنيوم وأكسدة أيونات الأكسجين متساويين، فلنضرب المعادلة الأولى في 4، والثانية في 3:

آل 3+ +3 وآل 0 4

2 يا 2- – 4 ه يا 2 3

دعونا نضيف كلا المعادلتين ونحصل على

4 آل 3+ + 6 يا 2- à 4 آل 0 +3 يا 2 0 (معادلة التفاعل الأيوني)

2 آل 2 يا 3 آ 4 آل + 3 يا 2

التحليل الكهربائي للحلول

في حالة تمرير تيار كهربائي من خلال محلول إلكتروليت مائي، يكون الأمر معقدًا بسبب حقيقة أن المحلول يحتوي على جزيئات الماء، والتي يمكنها أيضًا التفاعل مع الإلكترونات. تذكر أنه في جزيء الماء، ترتبط ذرات الهيدروجين والأكسجين برابطة تساهمية قطبية. السالبية الكهربية للأكسجين أكبر من الهيدروجين، وبالتالي فإن أزواج الإلكترونات المشتركة تنحاز نحو ذرة الأكسجين. تنشأ شحنة سالبة جزئية على ذرة الأكسجين، ويرمز لها بـ δ-، وتنشأ شحنة موجبة جزئية على ذرات الهيدروجين، ويرمز لها بـ δ+.

δ+

لا-O δ-

│

ح δ +

وبسبب هذا التحول في الشحنات، يكون لجزيء الماء "أقطاب" موجبة وسالبة. لذلك، يمكن أن تنجذب جزيئات الماء بواسطة القطب الموجب الشحنة إلى القطب السالب - الكاثود، ومن خلال القطب السالب - إلى القطب الموجب الشحنة - الأنود. عند الكاثود، يمكن أن يحدث اختزال لجزيئات الماء، ويتم إطلاق الهيدروجين:

عند الأنود، يمكن أن تحدث أكسدة جزيئات الماء، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين:

2 ح 2 يا - 4ه - = 4 ح + + يا 2

لذلك، يمكن اختزال الكاتيونات أو جزيئات الماء عند الكاثود. يبدو أن هاتين العمليتين تتنافسان مع بعضهما البعض. تعتمد العملية التي تحدث فعليًا عند الكاثود على طبيعة المعدن. ما إذا كان سيتم تقليل الكاتيونات المعدنية أو جزيئات الماء عند الكاثود يعتمد على موضع المعدن فيه مجموعة من الضغوط المعدنية .

Li K Na Ca Mg Al ¦¦ Zn Fe Ni Sn Pb (H 2) ¦¦ Cu Hg Ag Au

إذا كان المعدن في سلسلة الجهد على يمين الهيدروجين، يتم تقليل الكاتيونات المعدنية عند الكاثود ويتم تحرير المعدن الحر. إذا كان المعدن في سلسلة الجهد على يسار الألومنيوم، يتم تقليل جزيئات الماء عند الكاثود ويتم تحرير الهيدروجين. أخيرًا، في حالة الكاتيونات المعدنية من الزنك إلى الرصاص، يمكن أن يحدث تطور المعدن أو تطور الهيدروجين، وفي بعض الأحيان يمكن أن يحدث تطور الهيدروجين والمعادن في وقت واحد. بشكل عام، هذه حالة معقدة إلى حد ما، ويعتمد الكثير على ظروف التفاعل: تركيز المحلول، والتيار الكهربائي، وغيرها.

يمكن أيضًا أن تحدث إحدى العمليتين عند الأنود - إما أكسدة الأنيونات المنحل بالكهرباء أو أكسدة جزيئات الماء. العملية التي تحدث بالفعل تعتمد على طبيعة الأنيون. أثناء التحليل الكهربائي لأملاح الأحماض الخالية من الأكسجين أو الأحماض نفسها، تتأكسد الأنيونات عند القطب الموجب. الاستثناء الوحيد هو أيون الفلورايد F- . في حالة الأحماض المحتوية على الأكسجين، تتأكسد جزيئات الماء عند الأنود ويتم إطلاق الأكسجين.

مثال 1.دعونا نلقي نظرة على التحليل الكهربائي لمحلول مائي من كلوريد الصوديوم.

سيحتوي المحلول المائي لكلوريد الصوديوم على كاتيونات الصوديوم Na + وأنيونات الكلور Cl - وجزيئات الماء.

2 NaCl à 2 Na + + 2 Cl -

2H 2 O à 2 H + + 2 OH -

الكاثود (-) 2 نا + ; 2H+; 2Н + + 2е إلى Н 0 2

الأنود (+) 2 Cl - ; 2 أوه - ; 2 Cl - – 2е إلى 2 Cl 0

2NaCl + 2H2O à H2 + Cl2 + 2NaOH

المواد الكيميائية نشاط الأنيونات غير محتملة يتناقص.

مثال 2.وإذا كان الملح يحتويالهدف الاستراتيجي 4 2- ؟ دعونا نفكر في التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات النيكل (ثانيا ). كبريتات النيكل (ثانيا ) ينفصل إلى أيوناتني 2+ و SO 4 2-:

نيسو 4 إلى ني 2+ + SO 4 2-

ح 2 يا à ح + + أوه -

توجد كاتيونات النيكل بين أيونات المعادنآل 3+ والرصاص 2+ ، التي تحتل موقعًا متوسطًا في سلسلة الجهد، تتم عملية الاختزال عند الكاثود وفقًا لكلا المخططين:

2 ح 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -

لا تتأكسد أنيونات الأحماض المحتوية على الأكسجين عند الأنود ( سلسلة نشاط الأيونات ) يحدث أكسدة جزيئات الماء:

الأنود ه 2 + 4H +

دعونا نكتب معًا معادلات العمليات التي تحدث عند الكاثود والأنود:

الكاثود (-) ني 2+؛ ح +؛ ني 2+ + 2е إلى ني 0

2 ح 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -

الأنود (+) SO 4 2- ; أوه - ;2ح2س-4ه يا 2 + 4H +

تشارك 4 إلكترونات في عمليات الاختزال، كما تشارك 4 إلكترونات في عمليات الأكسدة. لنجمع هذه المعادلات معًا ونحصل على معادلة التفاعل العامة:

Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + 2OH - + O 2 + 4 H +

على الجانب الأيمن من المعادلة يوجد كل من H+ وأوه- التي تتحد لتشكل جزيئات الماء:

H + + OH - à H 2 O

ولذلك، على الجانب الأيمن من المعادلة، بدلا من 4 H + أيونات و 2 أيوناتأوه- لنكتب جزيئين ماء و2 أيونات H+:

Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 +2 H 2 O + O 2 + 2 H +

دعونا نختصر جزيئين ماء في طرفي المعادلة:

ني 2+ +2 ح 2 يا ني 0 + ح 2 + يا 2 + 2 ح +

هذه معادلة أيونية قصيرة. للحصول على المعادلة الأيونية كاملة، تحتاج إلى إضافة أيون كبريتات إلى كلا الجانبينالهدف الاستراتيجي 4 2- ، تشكلت أثناء تفكك كبريتات النيكل (ثانيا ) وعدم المشاركة في رد الفعل:

ني 2+ + SO 4 2- +2H 2 O à ني 0 + ح 2 + يا 2 + 2 ح + + SO 4 2-

وهكذا، أثناء التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات النيكل (ثانيا ) يتم إطلاق الهيدروجين والنيكل عند الكاثود، والأكسجين عند الأنود.

NiSO 4 + 2H 2 O إلى Ni + H 2 + H 2 SO 4 + O 2

مثال 3. اكتب معادلات للعمليات التي تحدث أثناء التحليل الكهربي لمحلول مائي من كبريتات الصوديوم باستخدام أنود خامل.

إمكانات نظام القطب القياسينا + + ه = نا 0 أكثر سلبية بكثير من إمكانات القطب المائي في وسط مائي محايد (-0.41 فولت)، لذلك سيحدث اختزال كهروكيميائي للمياه عند الكاثود، مصحوبًا بإطلاق الهيدروجين

2H 2 O à 2 H + + 2 OH -

وأيونات الصوديوم + القادمة إلى الكاثود سوف تتراكم في جزء المحلول المجاور لها (مساحة الكاثود).

ستحدث الأكسدة الكهروكيميائية للماء عند الأنود، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين

2 ح 2 س – 4е à س 2 + 4 ح +

منذ المقابلة لهذا النظام إمكانات القطب القياسية (1.23 فولت) أقل بكثير من جهد القطب القياسي (2.01 فولت) الذي يميز النظام

2 SO 4 2- + 2 ه = S 2 O 8 2- .

SO 4 2- الأيونات التحرك نحو الأنود أثناء التحليل الكهربائي سوف يتراكم في مساحة الأنود.

وبضرب معادلة العملية الكاثودية في اثنين وإضافتها إلى معادلة العملية الأنودية نحصل على المعادلة الكلية لعملية التحليل الكهربائي:

6 ح 2 يا = 2 ح 2 + 4 أوه - + يا 2 + 4 ح +

مع الأخذ في الاعتبار حدوث تراكم متزامن للأيونات في فضاء الكاثود والأيونات في فضاء الأنود، يمكن كتابة المعادلة الإجمالية للعملية بالشكل التالي:

6H 2 O + 2Na 2 SO 4 = 2H 2 + 4Na + + 4OH - + O 2 + 4H + + 2SO 4 2-

وبالتالي، في وقت واحد مع إطلاق الهيدروجين والأكسجين، يتم تشكيل هيدروكسيد الصوديوم (في مساحة الكاثود) وحمض الكبريتيك (في مساحة الأنود).

مثال 4.التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات النحاس ( II) CuSO 4 .

الكاثود (-)<-- Cu 2+ + SO 4 2- à анод (+)

الكاثود (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

الأنود (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H + 1

تبقى أيونات H+ في المحلولالهدف الاستراتيجي 4 2- لأن حمض الكبريتيك يتراكم.

2CuSO 4 + 2H 2 O إلى 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2

مثال 5. التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد النحاس ( II) CuCl 2.

الكاثود (-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)

الكاثود (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

الأنود (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

كلتا المعادلتين تتضمن إلكترونين.

النحاس 2+ + 2e إلى النحاس 0 1

2Cl - --– 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (المعادلة الأيونية)

CuCl 2 إلى Cu + Cl 2 (المعادلة الجزيئية)

مثال 6. التحليل الكهربائي لمحلول نترات الفضة AgNO3.

الكاثود (-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)

الكاثود (-) Ag + + e à Ag 0

الأنود (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H +

Ag + + e à Ag 0 4

2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H + 1

4 Ag + + 2 H 2 O à 4 Ag 0 + 4 H + + يا 2 (المعادلة الأيونية)

4 اي جي + + 2 ح 2 ياà 4 اي جي 0 + 4 ح + + يا 2 + 4 لا 3 - (المعادلة الأيونية الكاملة)

4 AgNO 3 + 2 ح 2 ياà 4 اي جي 0 + 4 HNO 3 + يا 2 (المعادلة الجزيئية)

مثال 7. التحليل الكهربائي لمحلول حمض الهيدروكلوريكحمض الهيدروكلوريك.

الكاثود (-)<-- ح + + Cl - à الأنود (+)

الكاثود (-) 2ح + + 2 هà ح 2

الأنود (+) 2Cl - – 2 هà Cl 2

2 ح + + 2 Cl - à ح 2 + Cl 2 (المعادلة الأيونية)

2 حمض الهيدروكلوريكà ح 2 + Cl 2 (المعادلة الجزيئية)

مثال 8. التحليل الكهربائي لمحلول حمض الكبريتيكح 2 لذا 4 .

الكاثود (-) <-- 2H + + SO 4 2- à الأنود (+)

الكاثود (-)2ح+ + 2هà ح 2

الأنود(+) 2H2O – 4هà O2 + 4H+

2ح+ + 2هà ح 2 2

2ح2س-4هà O2 + 4H +1

4H+ + 2H2Oà 2 ح 2 + 4 ح + + يا 2

2H2Oà 2H2 + O2

مثال 9. التحليل الكهربائي لمحلول هيدروكسيد البوتاسيومكوه.

الكاثود (-)<-- ك + + أوه - à الأنود (+)

لن يتم اختزال كاتيونات البوتاسيوم عند الكاثود، حيث أن البوتاسيوم موجود في سلسلة جهد المعادن على يسار الألومنيوم بدلاً من ذلك، سيحدث اختزال جزيئات الماء:

2ح2س+2هà ح 2 +2أوه - 4أوه - -4هà 2 ح 2 يا + يا 2

الكاثود(-) 2H 2 O + 2eà ح 2 +2أوه - 2

الأنود(+) 4OH - - 4eà 2 ح 2 يا + يا 2 1

4ح2س + 4أوه -à 2H2 + 4OH - + 2H2O + O2

2 ح 2 ياà 2 ح 2 + يا 2

مثال 10. التحليل الكهربائي لمحلول نترات البوتاسيومكنو 3 .

الكاثود (-) <-- K + + NO 3 - à الأنود (+)

2ح2س+2هà ح 2 +2 أوه - 2 ح 2 يا - 4هà O2+4H+

الكاثود(-) 2H 2 O + 2eà H2+2OH-2

الأنود(+) 2H2O – 4هà O2 + 4H +1

4 ح 2 س + 2 ح 2 سà 2H 2 + 4OH - + 4H ++ O2

2H2Oà 2H2 + O2

عندما يتم تمرير تيار كهربائي من خلال محاليل الأحماض والقلويات وأملاح الأحماض المحتوية على الأكسجين مع المعادن الموجودة في سلسلة الجهد للمعادن على يسار الألومنيوم، يحدث التحليل الكهربائي للماء عمليا. في هذه الحالة، يتم إطلاق الهيدروجين عند الكاثود، والأكسجين عند الأنود.

الاستنتاجات. عند تحديد منتجات التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للإلكتروليتات، في أبسط الحالات يمكن الاسترشاد بالاعتبارات التالية:

1.أيونات المعادن ذات القيمة الجبرية الصغيرة للجهد القياسي - منلي + قبلآل 3+ شامل - لديه ميل ضعيف جدًا لإعادة إضافة الإلكترونات، وهو أدنى من الأيونات في هذا الصددح + (سم. سلسلة أنشطة الكاتيون). أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للمركبات التي تحتوي على هذه الكاتيونات، تؤدي الأيونات وظيفة عامل مؤكسد عند الكاثودح + ، استعادة وفقا للمخطط:

2 ح 2 يا+ 2 هà ح 2 + 2أوه -

2. الكاتيونات المعدنية ذات القيم الإيجابية للجهد القياسي (النحاس 2+ , اي جي + , زئبق 2+ وما إلى ذلك) لديهم ميل أكبر لإضافة الإلكترونات مقارنة بالأيونات. أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية لأملاحها، يتم إطلاق وظيفة العامل المؤكسد عند الكاثود بواسطة هذه الكاتيونات، بينما يتم اختزالها إلى معدن وفقًا للمخطط، على سبيل المثال:

النحاس 2+ +2 هà النحاس 0

3. أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأملاح المعدنيةالزنك, الحديد, قرص مضغوط, نيوما إلى ذلك، حيث تحتل موقعًا متوسطًا في سلسلة الجهد بين المجموعات المدرجة، وتحدث عملية الاختزال عند الكاثود وفقًا لكلا المخططين. كتلة المعدن المنبعث في هذه الحالات لا تتوافق مع كمية التيار الكهربائي المتدفق، والذي يتم إنفاق جزء منه على تكوين الهيدروجين.

4. في المحاليل المائية للإلكتروليتات، الأنيونات أحادية الذرة (Cl - , ر - , ج - ) ، الأنيونات المحتوية على الأكسجين (لا 3 - , لذا 4 2- , ص.ب. 4 3- وغيرها)، وكذلك أيونات الهيدروكسيل من الماء. من بينها، تتمتع أيونات الهاليد بخصائص اختزال أقوى، باستثناءF. الأيوناتأوهتحتل موقعًا متوسطًا بينها وبين الأنيونات متعددة الذرات. لذلك، أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائيةحمض الهيدروكلوريك, هارفارد ب, هـ.أو أملاحها عند المصعد، تتم أكسدة أيونات الهاليدات وفق المخطط التالي:

2 X - -2 هà X 2 0

أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للكبريتات والنترات والفوسفات وغيرها. يتم تنفيذ وظيفة عامل الاختزال عن طريق الأيونات المؤكسدة وفقًا للمخطط التالي:

4 هاه – 4 هà 2 ح 2 يا + يا 2 + 4 ح +

.

مهام.

ز أ الكوخ 1. أثناء التحليل الكهربي لمحلول كبريتات النحاس، تم إطلاق 48 جم من النحاس عند الكاثود. أوجد حجم الغاز المنطلق عند الأنود وكتلة حمض الكبريتيك المتكون في المحلول.

كبريتات النحاس في المحلول لا تنأى عن أي أيوناتج2+ وس0 4 2 ".

CuS0 4 = النحاس 2+ + S0 4 2 "

دعونا نكتب معادلات العمليات التي تحدث عند الكاثود والأنود. يتم تقليل كاتيونات النحاس عند الكاثود، ويحدث التحليل الكهربائي للماء عند الأنود:

النحاس 2+ +2e- = النحاس12

2H 2 0-4e- = 4H + + 0 2 |1

المعادلة العامة للتحليل الكهربائي هي:

2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + 4H+ + O2 (معادلة أيونية قصيرة)

لنضف إلى طرفي المعادلة 2 أيون كبريتات، والتي تتكون أثناء تفكك كبريتات النحاس، ونحصل على المعادلة الأيونية الكاملة:

2Cu2+ + 2S042" + 2H20 = 2Cu + 4H+ + 2SO4 2" + O2

2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2

الغاز المنطلق عند الأنود هو الأكسجين. يتكون حمض الكبريتيك في المحلول.

الكتلة المولية للنحاس هي 64 جم/مول، فلنحسب كمية مادة النحاس:

وفقًا لمعادلة التفاعل، عندما يتم إطلاق 2 مول من النحاس عند الكاثود، يتم إطلاق 1 مول من الأكسجين عند الأنود. يتم إطلاق 0.75 مول من النحاس عند الكاثود، ويطلق x مول من الأكسجين عند الأنود. دعونا نجعل نسبة:

2/1=0.75/س، س=0.75*1/2=0.375مول

تم إطلاق 0.375 مول من الأكسجين عند القطب الموجب،

v(O2) = 0.375 مول.

دعونا نحسب حجم الأكسجين المنطلق:

V(O2) = v(O2)"VM = 0.375 مول"22.4 لتر/مول = 8.4 لتر

وفقًا لمعادلة التفاعل، عند إطلاق 2 مول من النحاس عند الكاثود، يتشكل 2 مول من حمض الكبريتيك في المحلول، مما يعني أنه إذا تم إطلاق 0.75 مول من النحاس عند الكاثود، فسيتم تكوين 0.75 مول من حمض الكبريتيك في المحلول v(H2SO4) = 0.75 مول. دعونا نحسب الكتلة المولية لحمض الكبريتيك:

M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98 جم/مول.

دعونا نحسب كتلة حمض الكبريتيك:

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0.75 مول «98 جم/مول = 73.5 جم.

إجابة:تم إطلاق 8.4 لترًا من الأكسجين عند القطب الموجب؛ تم تكوين 73.5 جم من حمض الكبريتيك في المحلول

المشكلة 2. أوجد حجم الغازات المنطلقة عند الكاثود والأنود أثناء التحليل الكهربي لمحلول مائي يحتوي على 111.75 جم من كلوريد البوتاسيوم. ما المادة التي تكونت في المحلول؟ أوجد كتلتها.

يتفكك كلوريد البوتاسيوم في المحلول إلى أيونات K+ وCl:

2КС1 =K+ + CL

لا يتم تقليل أيونات البوتاسيوم عند الكاثود، بل يتم تقليل جزيئات الماء. عند الأنود، تتأكسد أيونات الكلوريد ويتحرر الكلور:

2H2O + 2e" = H2 + 20H-|1

2SG-2e" = C12|1

المعادلة العامة للتحليل الكهربائي هي:

2СГl+ 2Н2О = Н2 + 2ОН" + С12 (معادلة أيونية قصيرة) يحتوي المحلول أيضًا على أيونات K+ المتكونة أثناء تفكك كلوريد البوتاسيوم وعدم المشاركة في التفاعل:

2K+ + 2Cl + 2H20 = H2 + 2K+ + 2OH" + C12

دعونا نعيد كتابة المعادلة في الشكل الجزيئي:

2KS1 + 2H2O = H2 + C12 + 2KON

يتحرر الهيدروجين عند الكاثود، والكلور عند الأنود، ويتكون هيدروكسيد البوتاسيوم في المحلول.

يحتوي المحلول على 111.75 جم من كلوريد البوتاسيوم.

دعونا نحسب الكتلة المولية لكلوريد البوتاسيوم:

M(KS1) = 39+35.5 = 74.5 جم/مول

دعونا نحسب كمية كلوريد البوتاسيوم:

وفقًا لمعادلة التفاعل، أثناء التحليل الكهربي لـ 2 مول من كلوريد البوتاسيوم، يتم إطلاق 1 مول من الكلور. دع التحليل الكهربائي لـ 1.5 mol من كلوريد البوتاسيوم ينتج x mol من الكلور. دعونا نجعل نسبة:

2/1=1.5/س، س=1.5 /2=0.75 مول

سيتم إطلاق 0.75 مول من الكلور، v(C!2) = 0.75 مول. وفقًا لمعادلة التفاعل، عندما يتم إطلاق 1 مول من الكلور عند الأنود، يتم إطلاق 1 مول من الهيدروجين عند الكاثود. ولذلك، إذا تم إطلاق 0.75 مول من الكلور عند الأنود، فسيتم إطلاق 0.75 مول من الهيدروجين عند الكاثود، v(H2) = 0.75 مول.

دعونا نحسب حجم الكلور المنطلق عند الأنود:

V(C12) = v(Cl2)-VM = 0.75 مول «22.4 لتر/مول = 16.8 لتر.

حجم الهيدروجين يساوي حجم الكلور:

ص(H2) = ص(C12) = 16.8 لتر.

وفقًا لمعادلة التفاعل، فإن التحليل الكهربي لـ 2 mol من كلوريد البوتاسيوم ينتج 2 mol من هيدروكسيد البوتاسيوم، مما يعني أن التحليل الكهربي لـ 0.75 mol من كلوريد البوتاسيوم ينتج 0.75 mol من هيدروكسيد البوتاسيوم. دعونا نحسب الكتلة المولية لهيدروكسيد البوتاسيوم:

M(KOH) = 39+16+1 - 56 جم/مول.

دعونا نحسب كتلة هيدروكسيد البوتاسيوم:

m(KOH) = v(KOH>M(KOH) = 0.75 مول-56 جم/مول = 42 جم.

إجابة:تم إطلاق 16.8 لترًا من الهيدروجين عند الكاثود، و16.8 لترًا من الكلور عند الأنود، وتشكل 42 جم من هيدروكسيد البوتاسيوم في المحلول.

المشكلة 3. أثناء التحليل الكهربائي لمحلول 19 جم من كلوريد الفلز ثنائي التكافؤ، تم إطلاق 8.96 لتر من الكلور عند القطب الموجب. تحديد كلوريد المعدن الذي تم إخضاعه للتحليل الكهربائي. احسب حجم الهيدروجين المنبعث عند الكاثود.

لنشير إلى المعدن المجهول M، وصيغة كلوريده هي MC12. عند الأنود، تتأكسد أيونات الكلوريد وينطلق الكلور. تنص الحالة على إطلاق الهيدروجين عند الكاثود، وبالتالي يحدث اختزال لجزيئات الماء:

2Н20 + 2е- = Н2 + 2ОH|1

2Cl -2e" = C12! 1

المعادلة العامة للتحليل الكهربائي هي:

2Cl + 2H2O = H2 + 2OH" + C12 (معادلة أيونية قصيرة)

ويحتوي المحلول أيضًا على أيونات M2+ التي لا تتغير أثناء التفاعل. دعونا نكتب المعادلة الأيونية الكاملة للتفاعل:

2SG + M2+ + 2H2O = H2 + M2+ + 2OH- + C12

دعونا نعيد كتابة معادلة التفاعل في الشكل الجزيئي:

MC12 + 2H2O - H2 + M(OH)2 + C12

لنجد كمية الكلور المنبعثة عند الأنود:

وفقًا لمعادلة التفاعل، أثناء التحليل الكهربي لمول واحد من كلوريد معدن غير معروف، يتم إطلاق مول واحد من الكلور. إذا تم إطلاق 0.4 mol من الكلور، فسيتم إخضاع 0.4 mol من كلوريد المعدن للتحليل الكهربي. دعونا نحسب الكتلة المولية لكلوريد المعدن:

الكتلة المولية لكلوريد الفلز المجهول هي 95 جم/مول. هناك 35.5"2 = 71 جم/مول لكل ذرتين من ذرات الكلور. وبالتالي فإن الكتلة المولية للمعدن هي 95-71 = 24 جم/مول. المغنيسيوم يتوافق مع هذه الكتلة المولية.

وفقًا لمعادلة التفاعل، لكل 1 مول من الكلور المنطلق عند الأنود، هناك 1 مول من الهيدروجين المنطلق عند الكاثود. في حالتنا، تم إطلاق 0.4 mol من الكلور عند القطب الموجب، وهو ما يعني إطلاق 0.4 mol من الهيدروجين عند الكاثود. دعونا نحسب حجم الهيدروجين:

V(H2) = v(H2>VM = 0.4 مول «22.4 لتر/مول = 8.96 لتر.

إجابة:تعرض محلول كلوريد المغنيسيوم للتحليل الكهربائي. تم إطلاق 8.96 لترًا من الهيدروجين عند الكاثود.

*المشكلة 4. أثناء التحليل الكهربائي لـ 200 جرام من محلول كبريتات البوتاسيوم بتركيز 15%، تم إطلاق 14.56 لترًا من الأكسجين عند القطب الموجب. احسب تركيز المحلول في نهاية التحليل الكهربائي.

في محلول كبريتات البوتاسيوم، تتفاعل جزيئات الماء عند كل من الكاثود والأنود:

2Н20 + 2е" = Н2 + 20Н-|2

2H2O - 4e" = 4H+ + O2! 1

لنجمع المعادلتين معًا:

6H2O = 2H2 + 4OH" + 4H+ + O2، أو

6H2O = 2H2 + 4H2O + O2، أو

2H2O = 2H2 + 02

في الواقع، عندما يحدث التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات البوتاسيوم، يحدث التحليل الكهربائي للماء.

يتم تحديد تركيز المذاب في المحلول بالصيغة:

С=م(المذاب) 100% / م(الحل)

للعثور على تركيز محلول كبريتات البوتاسيوم في نهاية التحليل الكهربائي، عليك معرفة كتلة كبريتات البوتاسيوم وكتلة المحلول. لا تتغير كتلة كبريتات البوتاسيوم أثناء التفاعل. دعونا نحسب كتلة كبريتات البوتاسيوم في المحلول الأصلي. دعونا نشير إلى تركيز المحلول الأولي بالرمز C

م (K2S04) = C2 (K2S04) م (محلول) = 0.15200 جم = 30 جم.

تتغير كتلة المحلول أثناء التحليل الكهربائي حيث يتم تحويل جزء من الماء إلى هيدروجين وأكسجين. دعونا نحسب كمية الأكسجين المنطلق:

(أو 2)=V(O2) / Vm =14.56l / 22.4l/mol=0.65mol

وفقا لمعادلة التفاعل، 2 مول من الماء ينتج 1 مول من الأكسجين. أطلق 0.65 mol من الأكسجين أثناء تحلل x mol من الماء. دعونا نجعل نسبة:

1.3 مول من الماء المتحلل، v(H2O) = 1.3 مول.

دعونا نحسب الكتلة المولية للماء:

M(H2O) = 1-2 + 16 = 18 جم/مول.

دعونا نحسب كتلة الماء المتحلل:

m(H2O) = v(H2O>M(H2O) = 1.3 مول* 18 جم/مول = 23.4 جم.

انخفضت كتلة محلول كبريتات البوتاسيوم بمقدار 23.4 جم وأصبحت تساوي 200-23.4 = 176.6 جم.

C2 (K2 SO4) = م (K2 SO4) 100٪ / م (محلول) = 30 جم 100٪ / 176.6 جم = 17٪

إجابة:تركيز المحلول في نهاية التحليل الكهربائي هو 17%.

*المهمة رقم 5: تم إذابة 188.3 جم من خليط كلوريد الصوديوم والبوتاسيوم في الماء وتمرير تيار كهربائي عبر المحلول الناتج. أثناء التحليل الكهربائي، تم إطلاق 33.6 لترًا من الهيدروجين عند الكاثود. احسب تكوين الخليط كنسبة مئوية بالوزن.

بعد إذابة خليط من كلوريد البوتاسيوم والصوديوم في الماء، يحتوي المحلول على أيونات K+ وNa+ وCl-. ولا يتم اختزال أيونات البوتاسيوم ولا أيونات الصوديوم عند الكاثود؛ عند الأنود، تتأكسد أيونات الكلوريد ويتحرر الكلور:

دعونا نعيد كتابة المعادلات في الشكل الجزيئي:

2KS1 + 2N20 = N2 + C12 + 2KON

2NaCl + 2H2O = H2 + C12 + 2NaOH

دعونا نشير إلى كمية كلوريد البوتاسيوم الموجودة في الخليط بـ x mol، وكمية كلوريد الصوديوم بـ mol. وفقًا لمعادلة التفاعل، أثناء التحليل الكهربي لـ 2 مول من كلوريد الصوديوم أو البوتاسيوم، يتم إطلاق 1 مول من الهيدروجين. لذلك، أثناء التحليل الكهربائي لـ x مول من كلوريد البوتاسيوم، يتم تكوين x/2 أو 0.5x مول من الهيدروجين، وأثناء التحليل الكهربائي لـ x مول من كلوريد الصوديوم، يتم تكوين 0.5y مول من الهيدروجين. لنجد كمية الهيدروجين المنبعثة أثناء التحليل الكهربائي للخليط:

لنجعل المعادلة: 0.5x + 0.5y = 1.5

دعونا نحسب الكتل المولية لكلوريدات البوتاسيوم والصوديوم:

M(KS1) = 39+35.5 = 74.5 جم/مول

M(NaCl) = 23+35.5 = 58.5 جم/مول

الكتلة x مول من كلوريد البوتاسيوم يساوي:

m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = x mol-74.5 g/mol = 74.5x g.

كتلة المول من كلوريد الصوديوم هي:

m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = y mol-74.5 g/mol = 58.5y g.

كتلة الخليط هي 188.3 جم، فلننشئ المعادلة الثانية:

74.5x + 58.5y= 188.3

إذن، نحل نظامًا من معادلتين بمجهولين:

0.5(س + ص)= 1.5

74.5x + 58.5y=188.3g

من المعادلة الأولى نعبر عن x :

س + ص = 1.5/0.5 = 3،

س = 3 ص

وبتعويض قيمة x في المعادلة الثانية نحصل على:

74.5-(3-ص) + 58.5ص= 188.3

223.5-74.5ص + 58.5ص= 188.3

-16 يو = -35.2

ص = 2.2 100% / 188.3 جم = 31.65%

دعونا نحسب الجزء الكتلي من كلوريد الصوديوم:

ث (كلوريد الصوديوم) = 100% - ث (بوكل) = 68.35%

إجابة:يحتوي الخليط على 31.65% كلوريد البوتاسيوم و68.35% كلوريد الصوديوم.

التحليل الكهربائي

ذوبان ومحاليل الشوارد

التحليل الكهربائي هي مجموعة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء المرور التيار الكهربائي المباشر من خلال نظام كهروكيميائي يتكون من قطبين ومحلول مصهور أو إلكتروليت.

الجوهر الكيميائي للتحليل الكهربائي هو أنه تفاعل الأكسدة والاختزال الذي يحدث تحت تأثير تيار كهربائي مباشر، ويتم فصل عمليتي الأكسدة والاختزال مكانيا.

الكاثود - قطب كهربائي يتم فيه اختزال الكاتيونات أو الماء. وهي مشحونة سلبا.

الأنود - قطب كهربائي تتأكسد عليه الأنيونات أو الماء. إنها مشحونة بشكل إيجابي.

1. التحليل الكهربائي للأملاح والقواعد المنصهرة.

أثناء التحليل الكهربائي للمصهورات عند الكاثود، يتم دائمًا تقليل الكاتيونات المعدنية.

К(-): Мen+ + nē → Me0

يتم تحديد العملية الأنودية من خلال تكوين الأنيون:

أ) إذا كان الأنيون حمضًا خاليًا من الأكسجين (Cl-، Br-، I-، S2-)، فإن هذا الأنيون يخضع للأكسدة الأنودية ويتم تكوين مادة بسيطة:

A(+): 2Cl - - 2ē → Cl2 أو A(+): S2- - 2ē → S0

ب) إذا تعرض أيون يحتوي على الأكسجين (SO42-، SiO32-، H2O-، وما إلى ذلك) إلى أكسدة أنوديك، فإن اللافلز يشكل أكسيدًا (دون تغيير حالة الأكسدة الخاصة به) ويتم إطلاق الأكسجين.

أ(+): 2SiO32-- 4ē → 2SiO2 + O2

أ(+): 2SO32-- 4ē → 2SO2 + O2

أ(+): 4РО43-- 12ē → 2Р2O5 + 3O2

أ(+): 4NO3-- 4ē → 2N2O5 + O2

أ(+): 4H2O-- 4ē → 2H2O + O2

مثال 1.1. نذوب الملح ZnCl2

ZnCl2 Û Zn2+ + 2Cl-

S: التحليل الكهربائي ZnCl2 Zn + Cl2

مثال 1.2. تذوب القلويات NaOH

هيدروكسيد الصوديوم Û نا+ + أوه-

يتم الحصول على معادلة التحليل الكهربائي الشاملة عن طريق إضافة الجانبين الأيمن والأيسر للمعادلات، بشرط أن تكون الإلكترونات المشاركة في عمليتي الكاثود والأنوديك متساوية.

https://pandia.ru/text/80/299/images/image006_58.gif" width="70" height="12">4 Na+ + 4 ē + 4 OH - - 4 ē التحليل الكهربائي 4 Na0 + O2 + 2H2O

4 Na+ + 4 OH - التحليل الكهربائي 4 Na0 + O2 + 2H2O - المعادلة الأيونية

4NaOH التحليل الكهربائي 4Na + 2H2O + O2 - معادلة جزيئية

مثال 1.3. نذوب الملح Na2SO4

Na2SO4 Û 2Na+ + SO42-

ك(-): نا+ + 1 ē Þ ناو *4

أ(+): 2SO42- - 4 ē Þ O2 + 2SO3

4Na+ +2SO42- Þ 2Nao + O2 + 2SO3 – المعادلة الأيونية للتحليل الكهربائي

التحليل الكهربائي 2Na2SO4 4Nao + O2 + 2SO3 – معادلة جزيئية

ك أ

مثال 1.4. تذوب الملح AgNO3

AgNO3 Û Ag+ + NO3-

K(-): Ag+ + 1 ē Þ منذ *4

أ(+): 4NO3- - 4 Þ 2N2O5 + 2O2 *1

4Ag+ + 4NO3- التحليل الكهربائي 4Ag + 2N2O5 + 2O2

4AgNO3 التحليل الكهربائي 4Ag + 2N2O5 +2O2

ك أ

مهام العمل المستقل . أعد معادلات التحليل الكهربي لمصهورات الأملاح التالية: AlCl3، Cr2(SO4)3، Na2SiO3، K2CO3.

2. التحليل الكهربائي لمحاليل الأملاح والهيدروكسيدات والأحماض.

التحليل الكهربائي للمحاليل المائية معقد بسبب حقيقة أن الماء يمكن أن يشارك في عمليات الأكسدة والاختزال.

عمليات الكاثود يحدده النشاط الكهروكيميائي للكاتيون الملح. كلما كان المعدن في سلسلة الجهد إلى اليسار، كلما كان من الصعب تقليل كاتيوناته عند الكاثود:

لي ك كاليفورنيا نا ملغ آل من الزنك سجل تجاري تي ني سن الرصاص H2 النحاس زئبق اي جي نقطة الاتحاد الأفريقي

أنا مجموعةثانيامجموعةثالثامجموعة

بالنسبة للكاتيونات المعدنية حتى Al (المجموعة I)، فإن العملية الكاثودية هي اختزال الهيدروجين من الماء:

(-)ك: 2H2O + 2ē → H2 + 2H2O-

بالنسبة للكاتيونات المعدنية بعد الهيدروجين (المجموعة الثالثة)، فإن العملية الكاثودية هي اختزالها إلى معدن:

(-) ك: Мen+ + nē → Me0

بالنسبة للكاتيونات المعدنية في سلسلة الجهد من المنغنيز إلى H2 (المجموعة الثانية)، هناك عمليات تنافسية متوازية لاختزال الكاتيونات المعدنية والهيدروجين من الماء:

(-) ك: Мen+ + nē → Me0

2H2O + 2ē → H2+ 2H2O-

أي من هذه العمليات سوف تسود يعتمد على عدد من العوامل: نشاطي، ودرجة الحموضة للمحلول، وتركيز الملح، والجهد المطبق وظروف التحليل الكهربائي.

عمليات انوديك يتحدد بتكوين أنيونات الملح:

أ) إذا كان الأنيون حمضًا خاليًا من الأكسجين (Cl-، Br-، I-، S2-، وما إلى ذلك)، فإنه يتأكسد إلى مواد بسيطة (باستثناء F-):

أ(+): S2- - 2ē → S0

ب) في وجود أنيون يحتوي على الأكسجين (SO42-، CO32-، وما إلى ذلك أو OH-)، يخضع الماء فقط للأكسدة الأنودية:

أ(+): 2H2O - 4ē → O2 + 4H+

دعونا نلقي نظرة على الأمثلة لتوضيح جميع الخيارات الممكنة:

مثال 2.1 . محلول ملح KCl

ك(-): 2H2O + 2e - Þ H2 + 2OH-

أ(+): 2Cl - - 2e - Þ Cl2

å: 2H2O + 2Cl - التحليل الكهربائي H2 + 2OH - + Cl2 - المعادلة الأيونية للتحليل الكهربائي

2KCl + 2H2O التحليل الكهربائي H2 + 2KOH + Cl2 – المعادلة الجزيئية للتحليل الكهربائي

ك أ

مثال 2.2 . محلول ملحي CuCl2

CuCl2 Û Cu2+ + 2Cl-

ك(-): Cu2+ + 2e - Þ Cuo

أ(+): 2Cl- -2e - Þ Cl2

å: التحليل الكهربائي CuCl2 Cu + Cl2

مثال 2.3. محلول ملحي FeCl2

FeCl2 Û Fe2+ + 2Cl-

ينتمي الحديد إلى معادن المجموعة الثانية، لذلك ستحدث عمليتان متوازيتان عند الكاثود:

العملية الأولى:

(-) ك: Fe2+ + 2ē → Fe0

(+)أ: 2Cl - - 2ē → Cl2

Fe2+ ​​​​+2Cl - الظ Fe0 + Cl2 - المعادلة الأيونية للعملية

FeCl2 el-z Fe0 + Cl2 - المعادلة الجزيئية للعملية

العملية الثانية:

(-)ك: 2H2O + 2ē → H2+ 2OH-

(+)أ: 2Cl - - 2ē → Cl2

2H2O + 2Cl - → H2+ 2OH - + Cl2 - المعادلة الأيونية للعملية

2H2O + FeCl2 التحليل الكهربائي H2+ Fe(OH)2 + Cl2 - معادلة جزيئية.

هكذا، في مساحة الكاثودسيتم تشكيل Fe وH2 وFe(OH)2 بنسب مختلفة اعتمادًا على ظروف التحليل الكهربائي.

مثال 2.4 . محلول ملحي Na2SO4.

Na2SO4 Û 2Na+ + SO42-

K(-) 2H2O + 2e - Þ H2 + 2OH - *2

أ(+) 2H2O – 4e – Þ O2 + 4H+

å: 6H2O التحليل الكهربائي 2H2 + 4OH - + O2 + 4H+

å: 6H2O + 2Na2SO4 التحليل الكهربائي 2H2 + 4 NaOH + O2 + 2H2SO4

في مساحة الكاثود في مساحة الأنود

عند قطع التيار الكهربائي واختلاط محتويات فراغات الكاثود والأنود، يمكن تمثيل النتيجة النهائية للتحليل الكهربائي من خلال الرسم البياني التالي:

2H2O الظ 2H2 + O2،

حيث أن القلويات تتفاعل مع الحمض لتكوين 2 مول من الملح و 4 مول من الماء.

مثال 2.5 . التحليل الكهربائي لمحلول CuSO4.

CuSO4 Û Cu2+ + SO42-

ك(-): Cu2+ + 2e - Þ Cuo

أ(+): 2H2O – 4e – Þ O2 + 4H+

å: 2Cu2+ + 2H2O التحليل الكهربائي 2Cuo + O2 + 4H+

å: التحليل الكهربائي CuSO4 + 2H2O 2Cuo + O2 + 2H2SO4

مثال 2.6. التحليل الكهربائي لمحلول FeSO4

وبما أن الحديد ينتمي إلى المجموعة الثانية من المعادن، فسوف تحدث عمليتان تنافسيتان بالتوازي عند الكاثود (انظر المثال 2.3)، وسوف يتأكسد الماء عند الأنود (انظر المثال 2.4):

العملية الأولى:

https://pandia.ru/text/80/299/images/image043_10.gif" width="41" height="12">2Fe2+ + 2Н2О el-z 2 Fe + O2 + 4H+ - المعادلة الأيونية للعملية

2FeSO4 + 2H2O el-z 2 Fe + O2 + 2H2SO4 – معادلة جزيئية

العملية الثانية:

ك(+): 2H2O + 2ē → H2+ 2OH - *2

أ(-): 2H2O - 4ē → O2+ 4H+

6H2O التحليل الكهربائي 2H2+ 4ОH - + O2 + 4H+

6H2O + 2FeSO4 التحليل الكهربائي 2H2+ 2Fe(OH)2 + O2 + 2H2SO4 - جزيئي

https://pandia.ru/text/80/299/images/image051_9.gif" width="21" height="50">وفقط إذا حدثت عمليات الاختزال الكاثودي للكاتيونات المعدنية والهيدروجين من الماء بنسب متساوية يمكننا كتابة معادلة التفاعل النهائية الشاملة:

(-) ك: Fe2+ + 2ē → Fe0

2H2O + 2ē → H2+ 2H O - 4 إلكترونات فقط

(+)أ: 2H2O - 4ē → O2 + 4H+

Fe2+ ​​​​+ 2H2O + 2H2O → Fe + H2+ 2H2O - + O2 + 4H+

2FeSO4 + 4H2O الزد Fe + H2+ Fe(OH)2 + O2 + 2H2SO4

الأنود الكاثود

وبعد فصل التيار وخلط المحاليل تصبح المعادلة النهائية كما يلي:

· إنشاء معادلات التحليل الكهربائي لمحاليل K2CO3، ZnSO4، AgNO3، NiI2، CoCl2.

· حل مشكلة. لتحليل محتوى شوائب NaCl في NaOH التقني، تم إذابة 40 جم من الدواء في الماء وإخضاعه للتحليل الكهربي حتى تتأكسد أيونات الكلور بالكامل. في هذه الحالة، تم إطلاق 601 مل من Cl2 عند الأنود عند درجة حرارة 200 درجة مئوية وضغط عادي. احسب الكسر الكتلي لشوائب NaCl في NaOH.

3. التحليل الكهربائي ج قابل للذوبان س م الأنود

أعلاه، تم النظر في أمثلة التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأملاح باستخدام أنود خامل، أي الذي لا يأخذ جزءًا كيميائيًا في العملية الأنودية. تصنع هذه الأقطاب الكهربائية من معادن نبيلة غير نشطة، على سبيل المثال، يتم استخدام أقطاب Pt أو Ir أو الكربون. إذا تم استخدام الأنودات القابلة للذوبان، على سبيل المثال، الأنود النحاسي، الأنود الزنك، فسيتم تعديل عملية الأنوديك بشكل كبير، حيث يتأكسد الأنود نفسه. عند الأنود، من بين عمليتين تنافسيتين، تحدث عملية ذات إمكانات أقل: لأكسدة النحاس E0 = - 0.34 فولت، ولأكسدة الزنك E0 = - 0.76 فولت، ولأكسدة أنيون الكلور E0 = + 1.36 فولت.

مثال 3.1. التحليل الكهربائي لمحلول مائي من ملح CuCl2 مع أنود قابل للذوبان:

الكاثود (-): أنود النحاس (+):

Cu2+ + 2ē → Cu0 Cu0 - 2ē → Cu2+

وهكذا يحدث نوع من تكرير أنود النحاس: فهو يذوب، وتبقى الشوائب في مساحة الأنود، ويترسب النحاس النقي على الكاثود. في هذه الحالة، لا يتأكسد أنيون الكلور، بل يتراكم في مساحة الأنود.

مثال 3.2. التحليل الكهربائي لمحلول مائي من ملح KCl مع أنود النحاس:

أنود النحاس (+): Cu0 - 2ē → Cu2+

عند الكاثود، يبدأ الهيدروجين مبدئيًا بالاختزال من الماء، لكن ظهور Cu2+ في المحلول يجعل تفاعلي الاختزال الكاثودي متنافسين:

ك(-): 2H2O + 2ē → H2+ 2NO - E0 = - 0.828 فولت

Cu2+ + 2ē → Cu0 E0 = + 0.34 فولت

ونتيجة لذلك، فإن الذي يتميز بإمكانية أعلى يستمر في الغالب، أي اختزال Cu2+ إلى Cu0.

وهكذا، في هذه الحالة، سوف يذوب أنود النحاس: Cu0 - 2ē → Cu2+، وعند الكاثود سيتم تقليل الكاتيونات النحاسية المشكلة: Cu2+ + 2ē → Cu0. هناك حاجة إلى ملح KCl فقط لزيادة التوصيل الكهربائي للمحلول، ولا يشارك بشكل مباشر في عمليات الأكسدة والاختزال.

التكليف بالعمل المستقل.خذ بعين الاعتبار التحليل الكهربائي لـ CuSO4 باستخدام أنود النحاس، وNa2SO4 باستخدام أنود النحاس.

الكلورة

يرجع استخدام هيبوكلوريت الصوديوم (NaClO) إلى قدرته الكيميائية على تحييد عدد من الكائنات الحية الدقيقة الضارة. تهدف خصائصه المبيدة للجراثيم إلى تدمير عدد من الفطريات والبكتيريا الخطرة.

للحصول على هيبوكلوريت الصوديوم، من الضروري إجراء عملية كلورة هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) باستخدام الكلور الجزيئي (Cl).

مبدأ عمل هيبوكلوريت الصوديوم (NaClO) بسيط للغاية، لأن هذه المادة تحتوي على خصائص عالية من المبيدات الحيوية (مبيد حيوي - عوامل كيميائية مصممة لمكافحة الكائنات الحية الدقيقة الضارة أو المسببة للأمراض). عندما يدخل هيبوكلوريت الصوديوم (NaClO) إلى الماء، فإنه يبدأ في التحلل بشكل نشط، منتجًا جزيئات نشطة على شكل جذور وأكسجين يتم توجيهها ضد الكائنات الحية الدقيقة الضارة. تبدأ الجزيئات النشطة من هيبوكلوريت الصوديوم (NaClO) في تدمير الغلاف الخارجي أو الأغشية الحيوية للكائنات الحية الدقيقة، مما يؤدي إلى الموت النهائي لمختلف الفطريات المسببة للأمراض والفيروسات والبكتيريا. يهدف التركيب الكيميائي لهيبوكلوريت الصوديوم إلى تطهير وتعقيم المياه. ولذلك تحتل هذه المادة مكانة هامة في العديد من مجالات حياة الإنسان. تشير الدراسات العالمية إلى أن هيبوكلوريت الصوديوم (NaClO) يستخدم للتطهير في 91% من الحالات، والـ 9% المتبقية تشمل هيبوكلوريت البوتاسيوم أو الليثيوم. ولكن لكي تعطي هذه المادة نتائج وفوائد في الحياة اليومية، من الضروري مراقبة تركيز المحلول بعناية.
تبين أن الكلورة هي الطريقة الأبسط والأرخص لتطهير المياه، لذلك انتشرت بسرعة في جميع أنحاء العالم. الآن يمكننا القول أن الطريقة التقليدية لتطهير مياه الشرب، المقبولة في جميع أنحاء العالم (في 99 حالة من أصل 100)، هي الكلورة، واليوم يتم استخدام مئات الآلاف من الأطنان من الكلور سنويًا لتطهير المياه بالكلور، على سبيل المثال يتم معالجة أكثر من 99٪ من المياه في روسيا بالكلور، ويستخدم لهذه الأغراض ما متوسطه حوالي 100 ألف طن من الكلور سنويًا.

في الممارسة الحالية لتطهير مياه الشرب، يتم استخدام الكلورة في أغلب الأحيان باعتبارها الطريقة الأكثر اقتصادا وفعالية مقارنة بأي طرق معروفة أخرى، لأنها الطريقة الوحيدة التي تضمن السلامة الميكروبيولوجية للمياه في أي نقطة في شبكة التوزيع في في أي وقت بسبب تأثير الكلور.
ومن المعروف أن الكلور (Cl) عند تفاعله مع الماء لا يتكون "ماء الكلور" (كما كان يعتقد سابقاً)، بل يتكون حمض الهيبوكلوروز ( حمض الهيدروكلوريك) هي أول مادة حصل عليها الكيميائيون وتحتوي على الكلور النشط.
من معادلة التفاعل: حمض الهيدروكلوريك + حمض الهيدروكلوريك ↔ Cl 2 + H 2 O،ويترتب على ذلك نظريا من 52.5 غرام نقي حمض الهيدروكلوريكيمكنك الحصول على 71 جرام Cl2أي أن حمض الهيبوكلوروز يحتوي على 135.2% من الكلور النشط. لكن هذا الحمض غير مستقر: أقصى تركيز ممكن له في المحلول لا يزيد عن 30%.
ويذوب الكلور بسهولة في الماء، فيقتل كل الكائنات الحية الموجودة فيه. كما تبين، بعد خلط غاز الكلور مع الماء، ينشأ توازن في محلول مائي:
Cl 2 + H 2 O ↔ HClO + HCl
بعد ذلك، يحدث التفكك (التفكك هو تفكك جسيم (جزيء، جذري، أيون) إلى عدة جسيمات أبسط) من حمض الهيبوكلوروس الناتج حمض الهيدروكلوريك ↔ H+ + OCl –
وجود حمض الهيبوكلوروس في المحاليل المائية للكلور والأنيونات الناتجة عن تفككه أوكل –لها خصائص مبيد للجراثيم قوية (القدرة على تدمير الكائنات الحية الدقيقة). لقد وجد أن حمض الهيبوكلوروس الحر أكثر نشاطًا بحوالي 300 مرة من أيونات الهيبوكلوريت ClO –. ويفسر ذلك القدرة الفريدة حمض الهيدروكلوريكتخترق البكتيريا من خلال أغشيتها. بالإضافة إلى ذلك، وكما أشرنا سابقًا، فإن حمض الهيبوكلوروس عرضة للتحلل في الضوء:
2HClO → 2 1O 2 + 2HCl → O 2 + حمض الهيدروكلوريك
مع تكوين حمض الهيدروكلوريك والأكسجين الذري (الفردي) (كمادة وسيطة)، وهو عامل مؤكسد قوي.

عملية الكلورة.

وفي محطة معالجة المياه يتم توريد الكلور في حالة مسالة في حاويات متخصصة ذات سعات مختلفة واسطوانات صغيرة ومتوسطة الحجم. لكن الكلور في الحالة الغازية يستخدم لتطهير المياه. يتم الحصول على الكلور الغازي من الكلور السائل عن طريق تبخيره في المبخرات اللولبية، وهي أجهزة أسطوانية رأسية توضع بداخلها ملفات يمر من خلالها الكلور السائل. يتم تنفيذ جرعات غاز الكلور الناتج في الماء من خلال أجهزة خاصة - أجهزة الكلورة الفراغية.
بعد إدخال الكلور في المياه المعالجة يجب التأكد من خلطه الجيد مع الماء ومدة كافية لاتصاله بالماء (30 دقيقة على الأقل) قبل إمداد المياه للمستهلك. تجدر الإشارة إلى أن المياه يجب أن تكون مستعدة بالفعل قبل الكلورة، وكقاعدة عامة، يتم إجراء الكلورة عادة قبل دخول الماء المصفى إلى خزان المياه النظيفة، حيث يتم ضمان وقت الاتصال اللازم.

المزايا الرئيسية لاستخدام غاز الكلور لتطهير المياه
نكون:

• انخفاض تكلفة عملية تطهير المياه.
• بساطة عملية الكلورة.
• قدرة تطهير عالية لغاز الكلور.
• لا يؤثر الكلور على الكائنات الحية الدقيقة فحسب، بل يؤكسد أيضًا المواد العضوية وغير العضوية؛
• يزيل الكلور طعم ورائحة الماء ولونه ولا يزيد من التعكر.

ومع ذلك، يعتبر الكلور مادة شديدة السمية تنتمي إلى فئة الخطر الثانية. يعتبر غاز الكلور عامل مؤكسد قوي، ويدعم احتراق العديد من المواد العضوية، كما أنه خطر على الحرائق عند ملامسته للمواد القابلة للاشتعال. يمكن أن تشتعل مساحيق زيت التربنتين والتيتانيوم والمعادن في جو الكلور تلقائيًا في درجة حرارة الغرفة. يشكل الكلور مخاليط متفجرة مع الهيدروجين.
في بعض الأحيان تتجاوز تكاليف ضمان السلامة أثناء الكلورة تكاليف الكلورة الفعلية للمياه.

وفي هذا الصدد فإن استخدام هيبوكلوريت الصوديوم كعامل الكلور لكلورة المياه يعد بديلاً جيداً لغاز الكلور.

التحليل الكهربائي

الطريقة الأرخص والأبسط والأكثر أمانًا لإنتاج المحاليل المطهرة لهيبوكلوريت الصوديوم هي التحليل الكهربائي لمحلول مائي من كلوريد الصوديوم (NaCl) وتفاعله مع القلويات في نفس الجهاز - المحلل الكهربائي.

الصور تظهر محلل كهربائي. مضخة الجرعات Seko لجرعات هيبوكلوريت الصوديوم ومضخة Argal محكمة الغلق لضخ محلول ملحي NaCl

مع الحفاظ على جميع مزايا طريقة الكلورة باستخدام الكلور السائل، فإن التطهير باستخدام هيبوكلوريت الصوديوم الإلكتروليتي يسمح لك بتجنب الصعوبات الرئيسية في نقل وتخزين الغاز السام.
إن استخدام محاليل هيبوكلوريت الصوديوم منخفضة التركيز يزيد من سلامة عملية إنتاج تطهير المياه مقارنة بالكلور السائل ومحلول هيبوكلوريت الصوديوم عالي التركيز.
المادة الخام لإنتاج هيبوكلوريت الصوديوم هي ملح الطعام. وبما أن الكاشف يستخدم مباشرة في نقطة الاستلام، فليست هناك حاجة للنقل.
تتضمن العملية التكنولوجية لإنتاج هيبوكلوريت الصوديوم العمليات التالية:

• تحضير محلول مشبع من ملح الطعام.
• العملية الرئيسية لإنتاج هيبوكلوريت الصوديوم هي التحليل الكهربائي.

أثناء التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم، تحدث التفاعلات التالية:
عند الكاثود: 2Na + + 2е → 2Na؛
2Na + 2H2O→2NaOH (هيدروكسيد الصوديوم) + H 2 ؛
عند الأنود: 2Cl - – 2е→Cl 2 ;
Cl 2 + 2H 2 O → 2HClO (حمض هيبوكلوروس) + حمض الهيدروكلوريك.
يمكن تقديم التفاعل الكلي على النحو التالي:
NaCl + H2O → NaClO + H2 .

نظرًا لأن عملية أكسدة هيبوكلوريت الصوديوم مع التكوين اللاحق للكلوريتات والكلورات تتباطأ مع انخفاض درجة الحرارة، يتم إجراء التحليل الكهربائي عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا لمحلول الملح العامل (20-25 درجة مئوية).
يُسكب الملح في حاويات خاصة - مشبعات من خلال جهاز التحميل. المادة الخام لإنتاج محاليل هيبوكلوريت الصوديوم منخفضة التركيز هي ملح الطعام عالي الجودة أو "إضافي". يشكل الماء المسكوب، الذي يمر عبر طبقة الملح، محلولا مشبعا من ملح الطعام.
لتنقية محلول الملح المركز، يتم استخدام المرشحات الخشنة ومرشحات خرطوشة البولي بروبيلين الدقيقة القابلة للاستبدال بإنتاجية 5 ميكرون.
يتم ضخ المحلول المشبع من ملح الطعام في الخلاط، حيث يتم تخفيفه بماء الصنبور إلى تركيز العمل (وفقًا لـ SanPiN 2.1.4.1074-01)، ثم في المحلل الكهربائي.
تتم العملية الرئيسية لإنتاج هيبوكلوريت الصوديوم عن طريق التحليل الكهربائي في منشآت تتكون من حمام التحليل الكهربائي ومبادل حراري. في المبادلات الحرارية، يتم تبريد المنحل بالكهرباء في الصيف (بماء الصنبور)، ويتم تسخين المحلول الملحي العامل في الشتاء.
في حمامات التحليل الكهربائي، يتم طلاء أقطاب التيتانيوم بالروثينيوم وثاني أكسيد الإيريديوم. أثناء عملية التحليل الكهربائي، يتم ترسيب الكالسيوم والمغنيسيوم على الأقطاب الكهربائية، لذلك بشكل دوري، عندما تتشكل هذه الرواسب، يتم غسل المحللات الكهربائية في دائرة مغلقة بمحلول 4٪ من حمض الهيدروكلوريك (HCl).
في المحلل الكهربائي، يحدث التحليل الكهربائي المستمر لمحلول الملح العامل، مما يؤدي إلى هيبوكلوريت الصوديوم. يتدفق محلول NaCl بنسبة 3% بمعدل تدفق حجمي ثابت يبلغ 2.5 م3/ساعة عبر وحدة التحليل الكهربائي حتى يتم الوصول إلى تركيز NaClO المطلوب (0.8%). يتم تخزين هيبوكلوريت الصوديوم المتكون في المحللات الكهربائية في خزانات خاصة لتوفير الإمدادات اللازمة لاحتياجات مرافق المعالجة.
يدخل هيبوكلوريت الصوديوم بتركيز لا يقل عن 8 جم/لتر من الكلور النشط إلى خزان التخزين، حيث يتم ضخه إلى وحدات الجرعات الموجودة بالقرب من نقاط إدخال الكاشف. ومن الحاويات، يتم توفير هيبوكلوريت الصوديوم من خلال نظام خطوط الأنابيب بواسطة مضخات موزعة إلى محطة الجرعات الأوتوماتيكية في المياه المعالجة.

خاتمة
إن استخدام المحاليل منخفضة التركيز من هيبوكلوريت الصوديوم يجعل من الممكن زيادة سلامة عمليات تنقية المياه في محطات إمدادات المياه.

إن الجمع بين تطهير المياه المعالجة باستخدام هيبوكلوريت الصوديوم منخفض التركيز (المرحلة الأولى) مع الأشعة فوق البنفسجية قبل إمداد شبكة إمدادات المياه بالمدينة (المرحلة الثانية) يضمن الامتثال الكامل لجودة المياه من حيث المؤشرات الميكروبيولوجية للمعايير الحالية ومستوياتها الوبائية العالية. أمان.

عند النظر في التحليل الكهربائي للحلول، من المستحيل أن نغفل حقيقة أنه بالإضافة إلى أيونات المنحل بالكهرباء، في أي محلول مائي هناك أيضا أيونات هي أيضا منتجات تفكك الماء - H + و OH - في التحليل الكهربائي في المجال، تنتقل أيونات الهيدروجين إلى الكاثود، وأيونات الهيدروكسيل إلى القطب الموجب. وبالتالي، يمكن تفريغ كل من كاتيونات الإلكتروليت وكاتيونات الهيدروجين عند الكاثود. وبالمثل، عند الأنود، يمكن تفريغ كل من أنيونات الإلكتروليت وأيونات الهيدروكسيل. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تخضع جزيئات الماء أيضًا للأكسدة أو الاختزال الكهروكيميائي.

أي نوع من العمليات الكهروكيميائية التي ستحدث في الأقطاب الكهربائية أثناء التحليل الكهربائي سيعتمد في المقام الأول على نسبة إمكانات القطب للأنظمة الكهروكيميائية المقابلة. وهذا يعني أنه سيتم تقليل الأشكال المؤكسدة للأنظمة الكهروكيميائية عند الكاثود. من بين العديد من العمليات المحتملة، ستستمر العملية التي يتضمن تنفيذها الحد الأدنى من استهلاك الطاقة. وهذا يعني أن الأشكال المؤكسدة للأنظمة الكهروكيميائية ذات إمكانات القطب الأعلى سيتم تقليلها عند الكاثود، وسيتم أكسدة الأشكال المخفضة للأنظمة ذات إمكانات القطب الأقل عند القطب الموجب. ولمادة القطب الكهربائي تأثير مثبط لحدوث بعض العمليات الكهروكيميائية؛ تم تحديد مثل هذه الحالات أدناه.

عند النظر في العمليات الكاثودية التي تحدث أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية، فمن الضروري أن تأخذ في الاعتبار حجم إمكانات عملية الحد من أيونات الهيدروجين. تعتمد هذه الإمكانية على تركيز أيونات الهيدروجين وفي حالة المحاليل المحايدة (الرقم الهيدروجيني = 7) تكون قيمتها
φ=-0.059*7=-0.41 فولت. من هنا يتضح أنه إذا تم تشكيل المنحل بالكهرباء بواسطة معدن يكون جهد قطبه الكهربائي أكثر إيجابية بكثير من -0.41 فولت، فسيتم تحرير المعدن من المحلول المحايد عند الكاثود . توجد هذه المعادن في نطاق الجهد بالقرب من الهيدروجين (يبدأ تقريبًا من القصدير) وبعده. على العكس من ذلك، في حالة الإلكتروليتات، التي يكون المعدن فيها محتملًا أكثر سلبية بكثير من -0.41 فولت، لن يتم تقليل المعدن، ولكن سيتم إطلاق الهيدروجين. وتشمل هذه المعادن معادن في بداية نطاق الإجهاد، يصل تقريبًا إلى التيتانيوم. أخيرًا، إذا كانت إمكانات المعدن قريبة من -0.41 فولت (المعادن الموجودة في الجزء الأوسط من السلسلة - Zn، Cr، Fe، Ni)، ثم اعتمادًا على تركيز المحلول وظروف التحليل الكهربائي، يتم تقليل المعدن والتطور من الهيدروجين ممكن. غالبًا ما يتم ملاحظة الانبعاث المشترك للمعدن والهيدروجين.

يحدث التطور الكهروكيميائي للهيدروجين من المحاليل الحمضية بسبب تفريغ أيونات الهيدروجين. في حالة الوسائط المحايدة أو القلوية، يكون ذلك نتيجة الاختزال الكهروكيميائي للماء:

2H2O + 2e - =H2 + 2OH -

وبالتالي، فإن طبيعة العملية الكاثودية أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية يتم تحديدها في المقام الأول من خلال موضع المعدن المقابل في سلسلة الجهد. في بعض الحالات، يكون الرقم الهيدروجيني للمحلول وتركيز الأيونات المعدنية وظروف التحليل الكهربائي الأخرى ذات أهمية كبيرة.

عند النظر في العمليات الأنودية، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن مادة الأنود يمكن أن تتأكسد أثناء التحليل الكهربائي. في هذا الصدد، يتم التمييز بين التحليل الكهربائي باستخدام أنود خامل والتحليل الكهربائي باستخدام أنود نشط. الأنود الخامل هو الذي لا تخضع مادته للأكسدة أثناء التحليل الكهربائي. الأنود النشط هو الذي يمكن أكسدة مادته أثناء التحليل الكهربائي. غالبًا ما يستخدم الجرافيت والفحم والبلاتين كمواد للأنودات الخاملة.

على الأنود الخامل، أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للقلويات، والأحماض التي تحتوي على الأكسجين وأملاحها، وكذلك حمض الهيدروفلوريك والفلوريدات، تحدث الأكسدة الكهروكيميائية للمياه مع إطلاق الأكسجين. اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني للمحلول، تحدث هذه العملية بشكل مختلف ويمكن كتابتها بمعادلات مختلفة. في الوسط القلوي، المعادلة لها الشكل

4OH - =O 2 + 2H 2 O + 4e -

وفي الحمضية أو المحايدة:

2H 2 O =O 2 + 4H + + 4e -

في الحالات قيد النظر، تعد الأكسدة الكهروكيميائية للماء هي العملية الأكثر ملاءمة للطاقة. الأنيونات المحتوية على الأكسجين إما غير قادرة على الأكسدة، أو أن أكسدتها تحدث بإمكانات عالية جدًا. على سبيل المثال، جهد الأكسدة القياسي لأيون SO 4 2-

2SO 4 2- =S 2 O 8 2- + 2e -

يساوي 2.010 فولت، وهو ما يتجاوز بشكل كبير قدرة الأكسدة القياسية للماء (1.228 فولت). إن إمكانات الأكسدة القياسية للأيون F لها قيمة أكبر (2.87 فولت).

أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأحماض الخالية من الأكسجين وأملاحها (باستثناء HF والفلوريد)، يتم تفريغ الأنيونات عند القطب الموجب. على وجه الخصوص، أثناء التحليل الكهربائي لمحاليل HI وHBr وHCl وأملاحها، يتم إطلاق الهالوجين المقابل عند القطب الموجب. لاحظ أن إطلاق الكلور أثناء التحليل الكهربائي لحمض الهيدروكلوريك وأملاحه يتعارض مع الموقع النسبي للأنظمة

2Cl - =2Cl + 2e - (φ=1.359 فولت)

2H 2 O =O 2 + 4H + + 4e - (φ = 1.228 فولت)

في نطاق إمكانات القطب القياسية. يرتبط هذا الشذوذ بجهد زائد كبير في الثانية من هاتين العمليتين الكهربائيتين - مادة الأنود لها تأثير مثبط على عملية إطلاق الأكسجين.

في حالة الأنود النشط، يزداد عدد عمليات الأكسدة المتنافسة إلى ثلاث: الأكسدة الكهروكيميائية للماء مع إطلاق الأكسجين، وتفريغ الأنيون (أي أكسدته)، والأكسدة الكهروكيميائية لمعدن الأنود (ما يسمى بالذوبان الأنودي). من المعدن). من بين هذه العمليات المحتملة، ستستمر العملية الأكثر ملاءمة من حيث الطاقة. إذا كان معدن الأنود موجودًا في سلسلة من الإمكانات القياسية قبل كلا النظامين الكهروكيميائيين الآخرين، فسيتم ملاحظة الذوبان الأنودي للمعدن. وإلا، سيتم إطلاق الأكسجين أو سيتم تفريغ الأنيون.

دعونا نفكر في عدة حالات نموذجية للتحليل الكهربائي للمحاليل المائية.

التحليل الكهربائي لمحلول CuCl 2 باستخدام أنود خامل. يقع النحاس بعد الهيدروجين في سلسلة الجهد؛ وبالتالي، سيتم تفريغ أيونات Cu 2+ عند الكاثود وسيتم إطلاق النحاس المعدني. سيتم تفريغ أيونات الكلوريد عند الأنود.

مخطط التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الميل (II):

الكاثود ← Cu 2+ 2Cl - → الأنود

Cu 2+ + 2e - =Cu 2Cl - =2Cl + 2e -

التحليل الكهربائي لمحلول K 2 SO 4 باستخدام أنود خامل. نظرًا لأن البوتاسيوم أقدم بكثير من الهيدروجين في سلسلة الجهد، فسيتم إطلاق الهيدروجين عند الكاثود وسيتراكم OH. عند الأنود، سيتم إطلاق الأكسجين وسوف تتراكم أيونات H +. في الوقت نفسه، ستدخل أيونات K + إلى مساحة الكاثود، وستدخل أيونات SO 4 2- إلى مساحة الأنود. وبذلك يبقى المحلول بجميع أجزائه متعادلاً كهربائياً. ومع ذلك، سوف تتراكم القلويات في مساحة الكاثود، وسوف يتراكم الحمض في مساحة الأنوديك.

مخطط التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات البوتاسيوم:

الكاثود ← 4K + 2SO 4 2- → الأنود

4H 2 O + 4e - =4OH - + 4H 2H 2 O=4H + + 2O + 4e -

كوه 4H=2H22O=O2H2SO4

التحليل الكهربائي لمحلول NiSO 4 باستخدام أنود النيكل. الجهد القياسي للنيكل (-0.250 فولت) أكبر قليلاً من -0.41 فولت؛ لذلك، أثناء التحليل الكهربائي لمحلول NiSO 4 المحايد عند الكاثود، يحدث بشكل رئيسي تفريغ أيونات Ni 2+ وإطلاق المعدن. عند الأنود، تحدث العملية المعاكسة - أكسدة المعدن، لأن إمكانات النيكل أقل بكثير من إمكانات أكسدة الماء، وحتى أكثر من إمكانية أكسدة SO 4 2- أيون. وبالتالي، في هذه الحالة، يتلخص التحليل الكهربائي في إذابة معدن الأنود وفصله عند الكاثود.

مخطط التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات النيكل:

الكاثود ← Ni 2+ SO 4 2- → الأنود

ني 2+ + 2e - = ني ني=ني 2+ + 2e -

تستخدم هذه العملية للتنقية الكهروكيميائية للنيكل.

قوانين فاراداي

1. قانون فاراداي.

تتناسب كتلة المادة المنطلقة على القطب عند مرور تيار كهربائي عبر محلول الإلكتروليت بشكل مباشر مع كمية الكهرباء.

حيث ∆m هي كمية المادة المتفاعلة؛ س – كمية الكهرباء. k e – معامل التناسب، يوضح كمية المادة التي تفاعلت أثناء مرور وحدة كمية من الكهرباء. وتسمى الكمية k بالمعادل الكهروكيميائي.

ك=م/(ن أ ض│e│)

حيث z هو تكافؤ الأيون؛ M هي الكتلة المولية للمادة المنطلقة على القطب؛ N A هو ثابت أفوجادرو. │e│= 1.6 10 -19 سل.

2. قانون فاراداي.

وفقًا لقانون فاراداي الثاني، عند تمرير كمية معينة من الكهرباء، تكون نسبة كتل المواد المتفاعلة مساوية لنسبة معادلاتها الكيميائية:

∆م 1 /أ 1 =∆م 2 /أ 2 =∆م 3 /أ 3 =const

المعادل الكيميائي للعنصر يساوي نسبة جزء كتلة العنصر الذي يضيف أو يستبدل في المركبات الكيميائية كتلة ذرية واحدة من الهيدروجين أو نصف الكتلة الذرية للأكسجين إلى 1/12 من كتلة C 12 ذرة. ينطبق مفهوم "المعادل الكيميائي" أيضًا على المركبات. وبالتالي فإن المعادل الكيميائي للحمض يساوي عدديًا كتلته المولية مقسومة على القاعدة (عدد أيونات الهيدروجين)، والمعادل الكيميائي للقاعدة هو كتلته المولية مقسومة على الحموضة (للقاعدة غير العضوية - عدد الهيدروكسيل المجموعات)، المعادل الكيميائي للملح هو كتلته المولية، مقسومة على مجموع شحنات الكاتيونات أو الأنيونات.