Wakati wa kuzingatia electrolysis ya ufumbuzi wa maji, ni lazima kukumbuka kwamba, pamoja na ions electrolyte, katika ufumbuzi wowote wa maji pia kuna ions ambayo ni bidhaa za kutengana kwa maji H + na OH -.

Katika uwanja wa umeme, ioni za hidrojeni huhamia kwenye cathode, na ioni za OH huhamia anode. Kwa hivyo, cations zote za elektroliti na cations za hidrojeni zinaweza kutolewa kwenye cathode. Vile vile, kwenye anode, anions zote za electrolyte na ioni za hidroksidi zinaweza kutolewa. Kwa kuongeza, molekuli za maji pia zinaweza kupitia oxidation ya electrochemical au kupunguzwa.

Ni aina gani ya michakato ya kielektroniki itatokea kwenye elektroni wakati wa elektrolisisi itategemea sana maadili ya uwezo wa elektroni wa mifumo inayolingana ya elektroni. Kati ya michakato kadhaa inayowezekana, ambayo utekelezaji wake unahusisha matumizi madogo ya nishati itaendelea. Hii ina maana kwamba aina zilizooksidishwa za mifumo ya electrode na uwezo wa juu zaidi wa electrode itapunguzwa kwenye cathode, na aina zilizopunguzwa za mifumo yenye uwezo wa chini wa electrode zitaoksidishwa kwenye anode. Kwa ujumla, hizo atomi, molekuli na ayoni ambazo uwezo wake ni wa chini kabisa chini ya hali fulani hutiwa oksidi kwa urahisi zaidi kwenye anodi, na ioni hizo, molekuli, na atomi ambazo uwezo wake ni wa juu zaidi hurejeshwa kwa urahisi zaidi kwenye cathode. Hebu fikiria taratibu za cathodic zinazotokea wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa chumvi yenye maji. Hapa ni muhimu kuzingatia ukubwa wa uwezo wa electrode wa mchakato wa kupunguzwa kwa ioni za hidrojeni, ambayo inategemea mkusanyiko wa ioni za hidrojeni. Tunajua equation ya jumla ya uwezo wa electrode kwa electrode ya hidrojeni (sehemu ya 2.3).

Katika kesi ya ufumbuzi wa upande wowote (pH = 7), thamani ya uwezo wa electrode ya mchakato wa kupunguza ioni za hidrojeni ni.

φ = –0,059 . 7 = -0.41 V.

1) wakati wa elektrolisisi ya suluhisho la chumvi iliyo na cations za chuma, uwezo wa elektroni ambao ni chanya zaidi kuliko -0.41 V, chuma kitapunguzwa kutoka kwa suluhisho la upande wowote la elektroliti kama hiyo kwenye cathode. Metali hizo zinapatikana katika mfululizo wa voltage karibu na hidrojeni (kuanzia takriban na baada ya bati);

2) wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa chumvi iliyo na cations za chuma, uwezo wa electrode ambayo ni mbaya zaidi kuliko - 0.41 V, chuma haitapungua kwenye cathode, lakini hidrojeni itatolewa. Metali hizo ni pamoja na alkali, ardhi ya alkali, magnesiamu, alumini, takriban hadi titani;

3) wakati wa elektrolisisi ya suluhisho la chumvi iliyo na cations za chuma, uwezo wa elektroni ambao ni karibu -0.41 V (metali katikati ya safu - Zn, Cr, Fe, Cd, Ni), basi kulingana na mkusanyiko wa ufumbuzi wa chumvi na hali ya electrolysis ( wiani wa sasa, joto, muundo wa ufumbuzi), kupunguzwa kwa chuma na mageuzi ya hidrojeni inawezekana; Wakati mwingine kutolewa kwa pamoja kwa chuma na hidrojeni huzingatiwa.

Mageuzi ya elektroni ya hidrojeni kutoka kwa suluhisho la asidi hufanyika kwa sababu ya kutokwa kwa ioni za hidrojeni:

2H + 2ē → 2Н 0

2H 0 =N 2 .

Katika kesi ya vyombo vya habari vya neutral au alkali, mageuzi ya hidrojeni hutokea kama matokeo ya kupunguzwa kwa electrochemical ya maji:

НН + ē → Н 0 + HE –

N 0 + N 0 =N 2 ,

Kisha 2НН + 2ē → Н 2 + 2OH –

Kwa hivyo, asili ya mchakato wa cathodic wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji imedhamiriwa hasa na nafasi ya chuma sambamba katika mfululizo wa uwezo wa kawaida wa electrode ya metali.

Ikiwa suluhisho la maji yenye cations ya metali mbalimbali inakabiliwa na electrolysis, basi kutolewa kwao kwenye cathode, kama sheria, itaendelea kwa utaratibu wa kupungua kwa thamani ya algebraic ya uwezo wa electrode ya chuma. Kwa mfano, kutoka kwa mchanganyiko wa cations Ag +, Cu 2+ na Zn 2+, na voltage ya kutosha kwenye vituo vya electrolyzer, cations za fedha zitapungua kwanza (φ 0 = +0.8 V), kisha shaba (φ 0 = +0.34 V) na hatimaye, zinki (φ 0 = -0.76 V).

Mgawanyiko wa electrochemical wa metali kutoka kwa mchanganyiko wa cations hutumiwa katika uchambuzi wa uhandisi na upimaji. Kwa ujumla, uwezo wa ions za chuma kutekeleza (kupata elektroni) imedhamiriwa na nafasi ya metali katika mfululizo wa uwezo wa kawaida wa electrode. Zaidi ya kushoto ya chuma iko katika mfululizo wa voltage, uwezo wake mbaya zaidi au uwezo mdogo wa chanya, ni vigumu zaidi kwa ions zake kutekeleza. Kwa hivyo, ya ioni za chuma zilizosimama kwenye safu ya voltage, ioni za dhahabu za trivalent hutolewa kwa urahisi zaidi (kwa viwango vya chini vya umeme vya sasa), kisha ioni za fedha, nk. Ioni za potassiamu ni ngumu zaidi kutekeleza (kwenye voltage ya juu zaidi ya umeme). Lakini uwezo wa chuma, kama unavyojulikana, hutofautiana kulingana na mkusanyiko wa ions zake katika suluhisho; kwa njia hiyo hiyo, urahisi wa kutokwa kwa ions ya kila chuma hubadilika kulingana na mkusanyiko wao: ongezeko la mkusanyiko huwezesha kutokwa kwa ions, kupungua hufanya kuwa vigumu zaidi. Kwa hivyo, wakati wa elektrolisisi ya suluhisho iliyo na ioni za metali kadhaa, inaweza kuwa kutolewa kwa chuma kinachofanya kazi zaidi kutatokea mapema kuliko kutolewa kwa isiyo na kazi kidogo (ikiwa mkusanyiko wa ioni ya kwanza ya chuma ni muhimu, na pili ni ndogo sana).

Hebu fikiria taratibu za anodic zinazotokea wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa chumvi yenye maji. Hali ya athari zinazotokea kwenye anode inategemea uwepo wa molekuli za maji na juu ya dutu ambayo anode hufanywa. Inapaswa kukumbushwa katika akili kwamba nyenzo za anode zinaweza oxidize wakati wa electrolysis. Katika suala hili, tofauti inafanywa kati ya electrolysis na anode ya inert (isiyoyeyuka) na electrolysis yenye anode hai (mumunyifu). Anode zisizo na maji hufanywa kutoka kwa makaa ya mawe, grafiti, platinamu, iridium; anodes mumunyifu - iliyofanywa kwa shaba, fedha, zinki, cadmium, nickel na metali nyingine. Katika anode isiyo na maji, wakati wa mchakato wa electrolysis, oxidation ya anions au molekuli ya maji hutokea. Wakati wa elektrolisisi ya suluhisho la maji ya asidi isiyo na oksijeni HI, HBr, HCl, H 2 Si na chumvi zao (isipokuwa HF na fluorides), anions hutolewa kwenye anode na halojeni inayolingana hutolewa. Kumbuka kwamba kutolewa kwa klorini wakati wa electrolysis ya HCl na chumvi zake kunapingana na nafasi ya jamaa ya mifumo.

2Kl – - 2ē →Cl 2 (φ 0 = +1.36 V)

2 H 2 O- 4ē →O 2 + 4 H + (φ 0 = +1.23 V)

katika anuwai ya uwezo wa kawaida wa elektrodi. Ukosefu huu unahusishwa na overvoltage kubwa ya pili ya michakato hii miwili ya electrode - nyenzo ya anode ina athari ya kuzuia mchakato wa kutolewa kwa oksijeni.

Wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya chumvi yenye anions SO 4 2-, SO 3 2-, NO 3 -, PO 4 3-, nk, pamoja na fluoride hidrojeni na fluorides, oxidation ya electrochemical ya maji hutokea. Kulingana na pH ya suluhisho, mchakato huu hutokea tofauti na unaweza kuandikwa na equations tofauti. Katika kati ya alkali, equation ina fomu

4OH – – 4ē → 2H 2 O+O 2 , (pH> 7)

na katika vyombo vya habari tindikali au upande wowote tuna

HOH- 2ē →O 0 + 2 H + (pH ≤ 7)

2 O 0 = O 2 ,

Kisha 2H 2 О – 4ē → 4Н + + 2O 2 .

Katika kesi zinazozingatiwa, oxidation ya elektroni ya maji ndio mchakato unaofaa zaidi. Oxidation ya anions zenye oksijeni hutokea kwa uwezo wa juu sana. Kwa mfano, uwezo wa kawaida wa oksidi wa SO 4 2- ion – 2ē →S 2 O 8 2- ni 2.01 V, ambayo ni ya juu zaidi kuliko uwezo wa kawaida wa oxidation wa maji wa 1.228 V.

2H 2 O – 4ē → O 2 + 4H + (φ 0 = V 1.228).

Uwezo wa kawaida wa oksidi wa ioni F ni muhimu zaidi

2F – - 2ē →F 2 (φ 0 = 2 ,87 KATIKA).

Kwa ujumla, wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya chumvi, cations za chuma na hidrojeni wakati huo huo hukaribia cathode ya electrolyzer, na kila mmoja wao "anadai" kupunguzwa na elektroni zinazotoka kwenye cathode. Mchakato wa kupunguza utaendelea vipi kwenye cathode? Jibu linaweza kupatikana kwa kuzingatia idadi ya mikazo ya chuma. Zaidi ya hayo, chini ya thamani ya algebraic ya uwezo wa electrode wa kawaida wa chuma, wapokeaji wa elektroni ni dhaifu zaidi wa cations zao na ni vigumu zaidi kuzirejesha kwenye cathode. Katika suala hili, makundi matatu ya cations yanajulikana kulingana na uhusiano wao na electroreduction.

1. Cations sifa ya juu ya shughuli elektroni-kutoa (Cu 2+, Hg 2+, Ag+, Au 3+, Pt 2+, Pt 4+). Wakati wa electrolysis ya chumvi za cations hizi, cations chuma ni karibu kabisa kupunguzwa; pato la sasa ni 100% au thamani iliyo karibu nayo.

2. Vipimo vilivyo na viwango vya wastani vya uwezo wa kutoa elektroni (Mn 2+, Zn 2+, Cr 3+, Fe 2+, Ni 2+, Sn 2+, Pb 2+). Wakati wa electrolysis kwenye cathode, cations ya molekuli zote za chuma na maji hupunguzwa wakati huo huo, ambayo inasababisha kupungua kwa pato la sasa la chuma.

3. Cations inayoonyesha uwezo mdogo wa kutoa elektroni (K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Al 3+ ). Katika kesi hii, wapokeaji wa elektroni kwenye cathode sio cations ya kikundi kinachozingatiwa, lakini molekuli za maji. Katika kesi hiyo, cations wenyewe hubakia bila kubadilika katika suluhisho la maji, na ufanisi wa sasa unakaribia sifuri.

Uhusiano wa anions mbalimbali kwa electrooxidation kwenye anode

Anioni za asidi zisizo na oksijeni na chumvi zake (Cl¯,Br¯,J¯,S2-,CN¯, n.k.) huhifadhi elektroni zao dhaifu kuliko molekuli za maji. Kwa hiyo, wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya misombo yenye anions hizi, mwisho watakuwa na jukumu la wafadhili wa elektroni watakuwa na oxidize na kuhamisha elektroni zao kwenye mzunguko wa nje wa electrolyzer.

Anioni za asidi ya oksijeni (NO 3 ¯, SO 4 2-, PO 4 3-, nk.) zinaweza kushikilia elektroni zao kwa uthabiti zaidi kuliko molekuli za maji. Katika kesi hii, maji ni oxidized kwenye anode, lakini anions wenyewe hubakia bila kubadilika.

Katika kesi ya anode mumunyifu, idadi ya michakato ya oksidi huongezeka hadi tatu:

1) oxidation ya electrochemical ya maji na kutolewa kwa oksijeni; 2) kutokwa kwa anion (yaani oxidation yake); 3) oxidation electrochemical ya anode chuma (anodic kufutwa kwa chuma).

Kati ya michakato inayowezekana, ile ambayo ni nzuri zaidi itafanyika. Ikiwa chuma cha anode iko katika mfululizo wa uwezo wa kawaida mapema kuliko mifumo mingine ya electrochemical, basi uharibifu wa anodic wa chuma utazingatiwa. Vinginevyo, oksijeni itatolewa au anion itatolewa. Hakuna mlolongo wa karibu umeanzishwa kwa kutokwa kwa anions. Kwa kupungua kwa uwezo wa kutoa elektroni, anions zinazotokea mara nyingi hupangwa kama ifuatavyo: S 2-,J ¯,Br ¯,Cl ¯,OH¯,H 2 O,SO 4 2-,NO 3 ¯,CO 3 2- ,PO 4 3- .

Hebu fikiria matukio kadhaa ya kawaida ya electrolysis ya ufumbuzi wa maji.

Electrolysis ya suluhisho la CuCl 2 na anode isiyoyeyuka

Katika mfululizo wa voltage, shaba iko baada ya hidrojeni, hivyo Cu 2+ itatolewa kwenye cathode na shaba ya metali itatolewa, na ioni za kloridi zitaoksidishwa kwenye anode kwa klorini ya molekuli Cl 2 .

	Cathode (-)
	Cu 2+ + 2ē → Cu 0
	2Kl – – 2ē → Cl 2

Cu 2+ + 2 Cl – → Cu 0 + Cl 2

CuCl 2 → Cu 0 + Cl 2

Mavuno ya sasa ya chuma (95-100%).

Electrolysis ya suluhisho la NaNO 3

Kwa kuwa sodiamu ni mapema zaidi kuliko hidrojeni katika mfululizo wa voltage, maji yatatolewa kwenye cathode. Maji pia yatatoka kwenye anode.

Cathode (-)

2 H 2 O+ 2ē →H 2 + 2 OH –

2H 2 O – 4ē → 4H + +O 2 .

Kwa hivyo, hidrojeni hutolewa kwenye cathode na mazingira ya alkali huundwa, oksijeni hutolewa kwenye anode na mazingira ya tindikali huundwa karibu na anode. Ikiwa nafasi za anode na cathode hazijatenganishwa kutoka kwa kila mmoja, basi suluhisho katika sehemu zake zote zitabaki zisizo na umeme.

	Cathode (-)
	2 H 2 O+ 2ē →H 2 + 2 OH –
	2H 2 O – 4ē → 4H + +O 2 .

6H 2 O → 2H 2 + 4OH – + 4H + +O 2

6H 2 O → 2H 2 +O 2 + 4H 2 O

2 H 2 O → 2 H 2 + O 2

Pato la sasa la chuma ni sifuri.

Kwa hiyo, wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa NaNO 3, electrolysis ya maji itatokea. Jukumu la chumvi la NaNO 3 limepunguzwa ili kuongeza conductivity ya umeme ya suluhisho.

Electrolysis ya ufumbuzi wa FeSO 4

Majibu kwenye kathodi (-) (kupunguzwa):

A) Fe 2+ + 2ē → Fe 0	majibu ya wakati mmoja
b) 2 H 2 O+ 2ē →H 2 + 2 OH – .

Mwitikio wa anodi (+) (oxidation):

2H 2 O – 4ē → 4H + +O 2 .

Pato la sasa la chuma ni wastani.

Electrolysis ya suluhisho la KJ na anode isiyoyeyuka

	Cathode (-)
	2 H 2 O+ 2ē →H 2 + 2 OH –
	2J – - 2ē → J 2

2 H 2 O + 2J – → H 2 + 2 OH – + J 2 .

Equation ya mwisho ya mmenyuko wa elektrolisisi ya suluhisho la KJ ni:

2KJ+2H 2 O → H 2 + J 2 +2KOH.

Electrolysis ya suluhisho la CuSO 4 na anode ya shaba (mumunyifu).

Uwezo wa kawaida wa shaba ni +0.337 V, ambayo ni kubwa zaidi kuliko -0.41 V; kwa hiyo, wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa CuSO 4 kwenye cathode, Cu 2+ ions hutolewa na shaba ya metali hutolewa. Katika anode, mchakato wa kinyume hufanyika - oxidation ya chuma, kwani uwezo wa shaba ni mdogo sana kuliko uwezo wa oxidation ya maji (+1.228 V), na hata zaidi - uwezo wa oxidation ya SO 4 2- ion ( +2.01 V). Kwa hiyo, katika kesi hii, electrolysis inakuja chini ya kufuta chuma (shaba) ya anode na kuitenganisha kwenye cathode.

Mpango wa electrolysis ya suluhisho la sulfate ya shaba:

Cathode (-)

Cu 2+ + 2ē → Cu 0

Cu 0 – 2ē → Cu 2+ .

Utaratibu huu hutumiwa kwa kusafisha umeme wa metali (inayoitwa kusafisha electrolytic).

UMEME

Moja ya njia za kutengeneza metali ni electrolysis. Metali zinazofanya kazi hutokea kwa asili tu kwa namna ya misombo ya kemikali. Jinsi ya kutenganisha misombo hii katika hali ya bure?

Suluhisho na kuyeyuka kwa elektroliti hufanya mkondo wa umeme. Hata hivyo, wakati sasa inapitishwa kupitia suluhisho la electrolyte, athari za kemikali zinaweza kutokea. Hebu fikiria nini kitatokea ikiwa sahani mbili za chuma zimewekwa kwenye suluhisho au kuyeyuka kwa electrolyte, ambayo kila mmoja huunganishwa na moja ya miti ya chanzo cha sasa. Sahani hizi huitwa electrodes. Umeme wa sasa ni mtiririko wa kusonga wa elektroni. Kadiri elektroni kwenye sakiti zinavyosonga kutoka elektrodi moja hadi nyingine, ziada ya elektroni huonekana kwenye moja ya elektrodi. Elektroni zina malipo hasi, hivyo electrode hii inashtakiwa vibaya. Inaitwa cathode. Upungufu wa elektroni huundwa kwenye elektrodi nyingine na inakuwa chaji chanya. Electrode hii inaitwa anode. Electrolyte katika suluhisho au kuyeyuka hutengana katika ioni zilizo na chaji - cations na ioni zilizo na chaji hasi - anions. Cations huvutiwa na electrode iliyoshtakiwa vibaya - cathode. Anions huvutiwa na electrode yenye chaji - anode. Katika uso wa elektroni, mwingiliano kati ya ions na elektroni unaweza kutokea.

Electrolysis inahusu michakato inayotokea wakati umeme wa sasa unapitishwa kupitia suluhisho au kuyeyuka kwa elektroliti.

Michakato inayotokea wakati wa elektrolisisi ya suluhisho na kuyeyuka kwa elektroliti ni tofauti kabisa. Wacha tuzingatie kesi hizi zote mbili kwa undani.

Electrolysis ya kuyeyuka

Kwa mfano, fikiria elektrolisisi ya kuyeyuka kwa kloridi ya sodiamu. Katika kuyeyuka, kloridi ya sodiamu hutengana na ioni Na+
na Cl - : NaCl = Na + + Cl -

Mionzi ya sodiamu huhamia kwenye uso wa electrode iliyoshtakiwa vibaya - cathode. Kuna ziada ya elektroni kwenye uso wa cathode. Kwa hiyo, elektroni huhamishwa kutoka kwa uso wa electrode hadi ioni za sodiamu. Katika kesi hii, ions Na+ hubadilishwa kuwa atomi za sodiamu, yaani, cations hupunguzwa Na+ . Mchakato wa mlingano:

Na + + e - = Na

Ioni za kloridi Cl - hoja kwa uso wa electrode chaji chanya - anode. Ukosefu wa elektroni huundwa kwenye uso wa anode na elektroni huhamishwa kutoka kwa anions Cl- kwa uso wa electrode. Wakati huo huo, ions zilizoshtakiwa vibaya Cl- hubadilishwa kuwa atomi za klorini, ambazo huchanganyika mara moja na kuunda molekuli za klorini C l 2:

2С l - -2е - = Cl 2

Ioni za kloridi hupoteza elektroni, yaani, zina oxidize.

Wacha tuandike pamoja milinganyo ya michakato inayotokea kwenye cathode na anode

Na + + e - = Na

2 C l - -2 e - = Cl 2

Elektroni moja inahusika katika kupunguzwa kwa cations za sodiamu, na elektroni 2 zinahusika katika oxidation ya ioni za klorini. Hata hivyo, sheria ya uhifadhi wa malipo ya umeme lazima izingatiwe, yaani, malipo ya jumla ya chembe zote katika suluhisho lazima iwe mara kwa mara Kwa hiyo, idadi ya elektroni zinazohusika katika kupunguzwa kwa cations za sodiamu lazima iwe sawa na idadi ya elektroni kushiriki katika uoksidishaji wa ioni za kloridi kwa hivyo, tunazidisha equation ya kwanza na 2:

Na + + e - = Na 2

2С l - -2е - = Cl 2 1

Hebu tuongeze milinganyo yote miwili pamoja na tupate mlingano wa majibu ya jumla.

2 Na + + 2С l - = 2 Na + Cl 2 (equation ya majibu ya ionic), au

2 NaCl = 2 Na + Cl 2 (mlinganyo wa majibu ya molekuli)

Kwa hiyo, katika mfano unaozingatiwa, tunaona kwamba electrolysis ni mmenyuko wa redox. Katika cathode, kupunguzwa kwa ions chaji - cations - hutokea, na katika anode, oxidation ya ions chaji hasi - anions. Unaweza kukumbuka ni mchakato gani unatokea kwa kutumia "sheria ya T":

cathode - cation - kupunguza.

Mfano 2.Electrolysis ya hidroksidi ya sodiamu iliyoyeyuka.

Hidroksidi ya sodiamu katika suluhisho hutengana katika cations na ioni za hidroksidi.

Cathode (-)<-- Na + + OH - à Анод (+)

Juu ya uso wa cathode, cations za sodiamu hupunguzwa, na atomi za sodiamu huundwa:

cathode (-) Na + +e à Na

Juu ya uso wa anode, ioni za hidroksidi hutiwa oksidi, oksijeni hutolewa na molekuli za maji huundwa:

cathode (-) Na + + e à Na

anodi (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2

Idadi ya elektroni zinazohusika katika mmenyuko wa kupunguza wa cations za sodiamu na katika mmenyuko wa oxidation ya ioni za hidroksidi lazima iwe sawa. Kwa hivyo, wacha tuzidishe equation ya kwanza na 4:

cathode (-) Na + + e à Na 4

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

Wacha tuongeze hesabu zote mbili pamoja na tupate equation ya majibu ya elektrolisisi:

4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2

Mfano 3.Fikiria electrolysis ya kuyeyuka Al2O3

Kutumia majibu haya, alumini hupatikana kutoka kwa bauxite, kiwanja cha asili ambacho kina oksidi nyingi za alumini. Kiwango myeyuko wa oksidi ya alumini ni ya juu sana (zaidi ya 2000º C), hivyo viungio maalum huongezwa humo ili kupunguza kiwango cha myeyuko hadi 800-900º C. Katika kuyeyuka, oksidi ya alumini hujitenga na ioni. Al 3+ na O 2- . H na cations hupunguzwa kwenye cathode Al 3+ , kugeuka kuwa atomi za alumini:

Al +3 e à Al

Anions ni oxidized katika anode O2- , kugeuka kuwa atomi za oksijeni. Atomi za oksijeni huchanganyika mara moja kuwa molekuli za O2:

2 O 2- - 4 e à O 2

Idadi ya elektroni zinazohusika katika mchakato wa kupunguzwa kwa cations za alumini na oxidation ya ioni za oksijeni lazima iwe sawa, kwa hivyo wacha tuzidishe equation ya kwanza na 4, na ya pili na 3:

Al 3+ +3 na Al 0 4

2 O 2- – 4 e à O 2 3

Wacha tuongeze hesabu zote mbili na tupate

4 Al 3+ + 6 O 2- 4 Al 0 +3 O 2 0 (mlinganyo wa majibu ya ioni)

2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2

Electrolysis ya ufumbuzi

Katika kesi ya kupitisha sasa ya umeme kwa njia ya ufumbuzi wa electrolyte yenye maji, jambo hilo ni ngumu na ukweli kwamba suluhisho lina molekuli ya maji, ambayo inaweza pia kuingiliana na elektroni. Kumbuka kwamba katika molekuli ya maji, atomi za hidrojeni na oksijeni zimeunganishwa na dhamana ya polar covalent. Uwezo wa kielektroniki wa oksijeni ni mkubwa kuliko ule wa hidrojeni, kwa hivyo jozi za elektroni zinazoshirikiwa zimeegemea upande wa atomi ya oksijeni. Chaji hasi kiasi hutokea kwenye atomi ya oksijeni, inayoashiria δ-, na chaji chaji kiasi hutokea kwenye atomi za hidrojeni, zinazoashiria δ+.

δ+

N-O δ-

│

H δ+

Kutokana na mabadiliko haya ya malipo, molekuli ya maji ina "fito" nzuri na hasi. Kwa hiyo, molekuli za maji zinaweza kuvutiwa na pole iliyoshtakiwa vyema kwa electrode iliyosababishwa vibaya - cathode, na kwa pole hasi - kwa electrode yenye chaji - anode. Katika cathode, kupunguzwa kwa molekuli za maji kunaweza kutokea, na hidrojeni hutolewa:

Katika anode, oxidation ya molekuli za maji inaweza kutokea, ikitoa oksijeni:

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

Kwa hiyo, cations electrolyte au molekuli maji inaweza kupunguzwa katika cathode. Taratibu hizi mbili zinaonekana kushindana. Mchakato gani hutokea kwenye cathode inategemea asili ya chuma. Ikiwa cations za chuma au molekuli za maji zitapunguzwa kwenye cathode inategemea nafasi ya chuma ndani. anuwai ya shinikizo la chuma .

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

Ikiwa chuma iko katika mfululizo wa voltage kwa haki ya hidrojeni, cations za chuma hupunguzwa kwenye cathode na chuma cha bure hutolewa. Ikiwa chuma iko katika safu ya voltage upande wa kushoto wa alumini, molekuli za maji hupunguzwa kwenye cathode na hidrojeni hutolewa. Hatimaye, katika kesi ya cations za chuma kutoka kwa zinki hadi kuongoza, mageuzi ya chuma au mageuzi ya hidrojeni yanaweza kutokea, na wakati mwingine mageuzi ya hidrojeni na chuma yanaweza kutokea wakati huo huo. Kwa ujumla, hii ni kesi ngumu sana inategemea hali ya majibu: mkusanyiko wa suluhisho, umeme wa sasa, na wengine.

Moja ya michakato miwili inaweza pia kutokea kwenye anode - ama oxidation ya anions electrolyte au oxidation ya molekuli za maji. Mchakato gani unatokea inategemea asili ya anion. Wakati wa elektrolisisi ya chumvi ya asidi isiyo na oksijeni au asidi yenyewe, anions hutiwa oksidi kwenye anode. Isipokuwa pekee ni ioni ya fluoride F- . Katika kesi ya asidi zenye oksijeni, molekuli za maji hutiwa oksidi kwenye anode na oksijeni hutolewa.

Mfano 1.Hebu tuangalie electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya kloridi ya sodiamu.

Suluhisho la maji ya kloridi ya sodiamu itakuwa na cations za sodiamu Na +, anions ya klorini Cl - na molekuli za maji.

NaCl 2 hadi 2 Na + + 2 Cl -

2H 2 O 2 H + + 2 OH -

cathode (-) 2 Na + ; 2H+; 2Н + + 2е Н 0 2

anode (+) 2 Cl -; 2 OH - ; 2 Cl - - 2е 2 Cl 0

2NaCl + 2H 2 O à H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Kemikali shughuli anions haziwezekani hupungua.

Mfano 2.Na ikiwa kuna chumvi SO 4 2- ? Wacha tuzingatie elektrolisisi ya suluhisho la sulfate ya nikeli ( II ) Nikeli sulfate ( II ) hujitenga na ioni Ni 2+ na SO 4 2-:

NiSO 4 kwa Ni 2+ + SO 4 2-

H 2 O à H + + OH -

Cations za nikeli ziko kati ya ioni za chuma Al 3+ na Pb 2+ , kuchukua nafasi ya kati katika safu ya voltage, mchakato wa kupunguza kwenye cathode hufanyika kulingana na miradi yote miwili:

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

Anioni za asidi zilizo na oksijeni hazijaoksidishwa kwenye anode ( mfululizo wa shughuli za anion ), oxidation ya molekuli ya maji hutokea:

anode e à O 2 + 4H +

Wacha tuandike pamoja hesabu za michakato inayotokea kwenye cathode na anode:

cathode (-) Ni 2+ ; H+; Ni 2+ + 2е à Ni 0

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

anodi (+) SO 4 2- ; OH - ;2H 2 O - 4 e à O 2 + 4H +

Elektroni 4 zinahusika katika michakato ya kupunguza na elektroni 4 pia zinahusika katika michakato ya oxidation. Wacha tuongeze hesabu hizi pamoja na tupate equation ya jumla ya majibu:

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

Kwenye upande wa kulia wa equation kuna H + na OH- , ambayo huchanganyika kuunda molekuli za maji:

H + + OH - à H 2 O

Kwa hiyo, upande wa kulia wa equation, badala ya 4 H + ions na ions 2 OH- Wacha tuandike molekuli 2 za maji na ioni 2 H +:

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

Wacha tupunguze molekuli mbili za maji kwa pande zote za equation:

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

Huu ni mlinganyo mfupi wa ionic. Ili kupata equation kamili ya ionic, unahitaji kuongeza ioni ya sulfate kwa pande zote mbili SO 4 2- , iliyoundwa wakati wa kutengana kwa sulfate ya nickel ( II ) na kutoshiriki katika majibu:

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

Kwa hivyo, wakati wa elektrolisisi ya suluhisho la nickel sulfate. II ) hidrojeni na nikeli hutolewa kwenye cathode, na oksijeni kwenye anode.

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

Mfano 3. Andika equations kwa taratibu zinazotokea wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya sulfate ya sodiamu na anode ya inert.

Uwezo wa kawaida wa mfumo wa electrode Na + + e = Na 0 ni mbaya zaidi kuliko uwezo wa electrode ya maji katika kati ya maji ya neutral (-0.41 V Kwa hiyo, upungufu wa electrochemical wa maji utatokea kwenye cathode, ikifuatana na kutolewa kwa hidrojeni).

2H 2 O 2 H + + 2 OH -

na Na ions + kuja kwa cathode itajilimbikiza katika sehemu ya suluhisho iliyo karibu nayo (nafasi ya cathode).

Oxidation ya electrochemical ya maji itatokea kwenye anode, na kusababisha kutolewa kwa oksijeni

2 H 2 O - 4е à O 2 + 4 H +

tangu sambamba na mfumo huu uwezo wa kawaida wa electrode (1.23 V) ni chini sana kuliko uwezo wa kawaida wa elektrodi (2.01 V) unaoonyesha mfumo

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

SO 4 2- ioni kuelekea anode wakati wa electrolysis itajilimbikiza katika nafasi ya anode.

Kuzidisha equation ya mchakato wa cathodic na mbili na kuiongeza na equation ya mchakato wa anodic, tunapata equation ya jumla ya mchakato wa electrolysis:

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

Kwa kuzingatia kwamba mkusanyiko wa wakati huo huo wa ions katika nafasi ya cathode na ions katika nafasi ya anode hutokea, equation ya jumla ya mchakato inaweza kuandikwa kwa fomu ifuatayo:

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

Kwa hiyo, wakati huo huo na kutolewa kwa hidrojeni na oksijeni, hidroksidi ya sodiamu (katika nafasi ya cathode) na asidi ya sulfuriki (katika nafasi ya anode) huundwa.

Mfano 4.Electrolysis ya suluhisho la sulfate ya shaba ( II) CuSO 4 .

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

cathode (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2

anodi (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H + 1

Ioni za H + zinabaki kwenye suluhisho SO 4 2- , kwa sababu asidi ya sulfuriki hujilimbikiza.

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

Mfano 5. Electrolysis ya suluhisho la kloridi ya shaba ( II) Kikao cha 2.

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

cathode (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0

anode (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2

Milinganyo yote miwili inahusisha elektroni mbili.

Kwa 2+ + 2e kwa Cu 0 1

2Cl - --– 2e à Cl 2 1

Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (mlinganyo wa ionic)

CuCl 2 kwa Cu + Cl 2 (mlinganyo wa molekuli)

Mfano 6. Electrolysis ya ufumbuzi wa nitrate ya fedha AgNO3.

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

cathode (-) Ag + + e à Ag 0

anode (+) 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 + + O 2 (mlinganyo wa ionic)

4 Ag + + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 H + + O 2 + 4 HAPANA 3 - (mlinganyo kamili wa ionic)

4 AgNO 3 + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 HNO 3 + O 2 (mlinganyo wa molekuli)

Mfano 7. Electrolysis ya ufumbuzi wa asidi hidroklorikiHCl.

Cathode (-)<-- H + + Cl - à anodi (+)

kathodi (-) 2H + + 2 eà H 2

anodi (+) 2Cl - – 2 eà Cl 2

2 H + + 2 Cl - à H 2 + Cl 2 (mlinganyo wa ionic)

2 HClà H 2 + Cl 2 (mlinganyo wa molekuli)

Mfano 8. Electrolysis ya ufumbuzi wa asidi sulfurikiH 2 HIVYO 4 .

Cathode (-) <-- 2H + + SO 4 2- à anodi (+)

cathode (-)2H+ + 2eà H 2

anodi(+) 2H 2 O - 4eà O2 + 4H+

2H+ + 2eà H 2 2

2H 2 O - 4eà O2 + 4H+1

4H+ + 2H2Oà 2H 2 + 4H+ +O 2

2H2Oà 2H2 + O2

Mfano 9. Electrolysis ya suluhisho la hidroksidi ya potasiamuKOH.

Cathode (-)<-- K + + OH - à anodi (+)

Kesheni za potasiamu hazitapunguzwa kwenye cathode, kwani potasiamu iko kwenye safu ya metali upande wa kushoto wa alumini, badala yake, kupunguzwa kwa molekuli za maji kutatokea:

2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 4OH - -4eà 2H 2 O +O 2

cathode(-) 2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 2

anodi(+) 4OH - - 4eà 2H 2 O +O 2 1

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

2 H 2 Oà 2 H 2 + O 2

Mfano 10. Electrolysis ya suluhisho la nitrati ya potasiamuKNO 3 .

Cathode (-) <-- K + + NO 3 - à anodi (+)

2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 2H 2 O – 4eà O2+4H+

cathode(-) 2H 2 O + 2eà H2+2OH-2

anodi(+) 2H 2 O - 4eà O2 + 4H+1

4H 2 O + 2H 2 Oà 2H 2 + 4OH - + 4H ++ O2

2H2Oà 2H2 + O2

Wakati umeme wa sasa unapitishwa kupitia suluhisho za asidi zilizo na oksijeni, alkali na chumvi za asidi zenye oksijeni na metali ziko kwenye safu ya metali upande wa kushoto wa alumini, electrolysis ya maji hufanyika. Katika kesi hii, hidrojeni hutolewa kwenye cathode, na oksijeni kwenye anode.

Hitimisho. Wakati wa kuamua bidhaa za electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya elektroliti, katika hali rahisi mtu anaweza kuongozwa na masuala yafuatayo:

1.Ioni za chuma na thamani ndogo ya algebra ya uwezo wa kawaida - kutokaLi + kablaAl 3+ pamoja - kuwa na tabia dhaifu sana ya kuongeza tena elektroni, kuwa duni katika suala hili kwa ioni.H + (sentimita. Mfululizo wa shughuli za cation) Wakati wa elektrolisisi ya suluhisho la maji ya misombo iliyo na cations hizi, ions hufanya kazi ya wakala wa oksidi kwenye cathode.H + , kurejesha kulingana na mpango:

2 H 2 O+ 2 eà H 2 + 2OH -

2. Mikutano ya chuma yenye maadili chanya ya uwezo wa kawaida (Cu 2+ , Ag + , Hg 2+ nk) kuwa na tabia kubwa ya kuongeza elektroni ikilinganishwa na ayoni. Wakati wa elektrolisisi ya suluhisho la maji ya chumvi zao, kazi ya wakala wa oksidi kwenye cathode hutolewa na cations hizi, huku ikipunguzwa kuwa chuma kulingana na mpango, kwa mfano:

Cu 2+ +2 eà Cu 0

3. Wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya chumvi ya chumaZn, Fe, Cd, Nink, kuchukua nafasi ya kati katika mfululizo wa voltage kati ya vikundi vilivyoorodheshwa, mchakato wa kupunguza kwenye cathode hutokea kulingana na mipango yote miwili. Uzito wa chuma kilichotolewa katika kesi hizi haufanani na kiasi cha sasa cha umeme kinachozunguka, sehemu ambayo hutumiwa katika malezi ya hidrojeni.

4. Katika miyeyusho ya maji ya elektroliti, anions monoatomiki (Cl - , Br - , J - ), anions zenye oksijeni (HAPANA 3 - , HIVYO 4 2- , P.O. 4 3- na wengine), pamoja na ioni za hidroksili za maji. Kati ya hizi, ioni za halide zina sifa za kupunguza nguvu, isipokuwaF. IoniOHkuchukua nafasi ya kati kati yao na anions polyatomic. Kwa hiyo, wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa majiHCl, HBr, H.J.au chumvi zao kwenye anode, oxidation ya ioni za halide hufanyika kulingana na mpango ufuatao:

2 X - -2 eà X 2 0

Wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya sulfates, nitrati, phosphates, nk. Kazi ya wakala wa kupunguza hufanywa na ions, oxidizing kulingana na mpango ufuatao:

4 HOH – 4 eà 2 H 2 O + O 2 + 4 H +

.

Kazi.

Z A Cottage 1. Wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa sulfate ya shaba, 48 g ya shaba ilitolewa kwenye cathode. Pata kiasi cha gesi iliyotolewa kwenye anode na wingi wa asidi ya sulfuriki iliyotengenezwa katika suluhisho.

Sulfate ya shaba katika suluhisho hutenganisha hakuna ionsC 2+ naS0 4 2 ".

CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "

Wacha tuandike milinganyo ya michakato inayotokea kwenye cathode na anode. Cu cations hupunguzwa kwenye cathode, na electrolysis ya maji hutokea kwenye anode:

Cu 2+ +2e- = Cu12

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

Equation ya jumla ya electrolysis ni:

2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + 4H+ + O2 (mlinganyo fupi wa ioni)

Wacha tuongeze ioni 2 za sulfate kwa pande zote mbili za equation, ambazo huundwa wakati wa kutengana kwa sulfate ya shaba, na tunapata equation kamili ya ionic:

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

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

Gesi iliyotolewa kwenye anode ni oksijeni. Asidi ya sulfuri huundwa katika suluhisho.

Uzito wa molar wa shaba ni 64 g / mol, hebu tuhesabu kiasi cha dutu ya shaba:

Kwa mujibu wa equation ya mmenyuko, wakati moles 2 za shaba zinatolewa kwenye cathode, mole 1 ya oksijeni hutolewa kwenye anode. 0.75 moles ya shaba hutolewa kwenye cathode, hebu x moles ya oksijeni itolewe kwenye anode. Wacha tufanye uwiano:

2/1=0.75/x, x=0.75*1/2=0.375mol

0.375 mol ya oksijeni ilitolewa kwenye anode,

v(O2) = 0.375 mol.

Wacha tuhesabu kiasi cha oksijeni iliyotolewa:

V(O2) = v(O2) «VM = 0.375 mol «22.4 l/mol = 8.4 l

Kulingana na equation ya mmenyuko, wakati moles 2 za shaba zinatolewa kwenye cathode, moles 2 za asidi ya sulfuriki huundwa kwenye suluhisho, ambayo inamaanisha kwamba ikiwa moles 0.75 za shaba hutolewa kwenye cathode, basi moles 0.75 za asidi ya sulfuriki huundwa. katika suluhisho, v(H2SO4) = 0.75 moles. Wacha tuhesabu misa ya molar ya asidi ya sulfuri:

M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98 g/mol.

Wacha tuhesabu misa ya asidi ya sulfuri:

m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0.75 mol «98 g/mol = 73.5 g.

Jibu: 8.4 lita za oksijeni zilitolewa kwenye anode; 73.5 g ya asidi ya sulfuriki iliundwa katika suluhisho

Tatizo 2. Pata kiasi cha gesi iliyotolewa kwenye cathode na anode wakati wa electrolysis ya suluhisho la maji yenye 111.75 g ya kloridi ya potasiamu. Ni dutu gani iliundwa katika suluhisho? Tafuta wingi wake.

Kloridi ya potasiamu katika suluhisho hutengana na ioni za K+ na Cl:

2КС1 =К+ + Сl

Ioni za potassiamu hazipunguzwa kwenye cathode; Katika anode, ioni za kloridi hutiwa oksidi na klorini hutolewa:

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

2SG-2e" = C12|1

Equation ya jumla ya electrolysis ni:

2СГl+ 2Н2О = Н2 + 2ОН" + С12 (equation fupi ya ionic) Suluhisho pia lina ioni za K+ zinazoundwa wakati wa kutengana kwa kloridi ya potasiamu na kutoshiriki katika majibu:

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

Wacha tuandike tena equation katika fomu ya Masi:

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

Hidrojeni hutolewa kwenye cathode, klorini kwenye anode, na hidroksidi ya potasiamu huundwa katika suluhisho.

Suluhisho lilikuwa na 111.75 g ya kloridi ya potasiamu.

Wacha tuhesabu misa ya molar ya kloridi ya potasiamu:

M(KS1) = 39+35.5 = 74.5 g/mol

Wacha tuhesabu kiasi cha kloridi ya potasiamu:

Kwa mujibu wa equation ya mmenyuko, wakati wa electrolysis ya moles 2 ya kloridi ya potasiamu, mole 1 ya klorini hutolewa. Acha elektrolisisi ya 1.5 mol ya kloridi ya potasiamu itoe x mol ya klorini. Wacha tufanye uwiano:

2/1=1.5/x, x=1.5 /2=0.75 mol

0.75 mol ya klorini itatolewa, v (C!2) = 0.75 mol. Kwa mujibu wa equation ya mmenyuko, wakati mole 1 ya klorini inatolewa kwenye anode, mole 1 ya hidrojeni hutolewa kwenye cathode. Kwa hiyo, ikiwa 0.75 mol ya klorini inatolewa kwenye anode, basi 0.75 mol ya hidrojeni hutolewa kwenye cathode, v (H2) = 0.75 mol.

Wacha tuhesabu kiasi cha klorini iliyotolewa kwenye anode:

V (C12) = v(Cl2)-VM = 0.75 mol «22.4 l/mol = 16.8 l.

Kiasi cha hidrojeni ni sawa na kiasi cha klorini:

Y(H2) = Y(C12) = 16.8l.

Kulingana na equation ya mmenyuko, elektrolisisi ya 2 mol ya kloridi ya potasiamu hutoa mol 2 ya hidroksidi ya potasiamu, ambayo inamaanisha kuwa elektrolisisi ya 0.75 mol ya kloridi ya potasiamu hutoa 0.75 mol ya hidroksidi ya potasiamu. Wacha tuhesabu misa ya molar ya hidroksidi ya potasiamu:

M(KOH) = 39+16+1 - 56 g/mol.

Wacha tuhesabu misa ya hidroksidi ya potasiamu:

m(KOH) = v(KOH>M(KOH) = 0.75 mol-56 g/mol = 42 g.

Jibu: 16.8 lita za hidrojeni zilitolewa kwenye cathode, lita 16.8 za klorini zilitolewa kwenye anode, na 42 g ya hidroksidi ya potasiamu iliundwa katika suluhisho.

Tatizo 3. Wakati wa electrolysis ya suluhisho la 19 g ya kloridi ya chuma ya divalent, lita 8.96 za klorini zilitolewa kwenye anode. Tambua ni kloridi gani ya chuma iliwekwa chini ya electrolysis. Kuhesabu kiasi cha hidrojeni iliyotolewa kwenye cathode.

Wacha tuonyeshe chuma kisichojulikana M, formula ya kloridi yake ni MC12. Katika anode, ioni za kloridi hutiwa oksidi na klorini hutolewa. Hali inasema kwamba hidrojeni hutolewa kwenye cathode, kwa hiyo, kupunguzwa kwa molekuli za maji hutokea:

2Н20 + 2е- = Н2 + 2ОH|1

2Cl -2e" = C12! 1

Equation ya jumla ya electrolysis ni:

2Cl + 2H2O = H2 + 2OH" + C12 (mlinganyo mfupi wa ioni)

Suluhisho pia lina ions za M2 +, ambazo hazibadilika wakati wa majibu. Wacha tuandike equation kamili ya ionic ya majibu:

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

Wacha tuandike tena mlinganyo wa majibu katika umbo la molekuli:

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

Wacha tupate kiasi cha klorini iliyotolewa kwenye anode:

Kwa mujibu wa equation ya mmenyuko, wakati wa electrolysis ya mole 1 ya kloridi ya chuma isiyojulikana, mole 1 ya klorini hutolewa. Ikiwa 0.4 mol ya klorini ilitolewa, basi 0.4 mol ya kloridi ya chuma iliwekwa chini ya electrolysis. Wacha tuhesabu misa ya molar ya kloridi ya chuma:

Masi ya molar ya kloridi ya chuma isiyojulikana ni 95 g / mol. Kuna 35.5"2 = 71 g/mol kwa atomi mbili za klorini. Kwa hiyo, molekuli ya molar ya chuma ni 95-71 = 24 g / mol. Magnésiamu inalingana na molekuli hii ya molar.

Kulingana na equation ya mmenyuko, kwa mole 1 ya klorini iliyotolewa kwenye anode, kuna mole 1 ya hidrojeni iliyotolewa kwenye cathode. Kwa upande wetu, 0.4 mol ya klorini ilitolewa kwenye anode, ambayo ina maana 0.4 mol ya hidrojeni ilitolewa kwenye cathode. Wacha tuhesabu kiasi cha hidrojeni:

V(H2) = v(H2>VM = 0.4 mol «22.4 l/mol = 8.96 l.

Jibu: suluhisho la kloridi ya magnesiamu iliwekwa chini ya electrolysis; 8.96 lita za hidrojeni zilitolewa kwenye cathode.

* Tatizo 4. Wakati wa electrolysis ya 200 g ya ufumbuzi wa sulfate ya potasiamu na mkusanyiko wa 15%, lita 14.56 za oksijeni zilitolewa kwenye anode. Kuhesabu mkusanyiko wa suluhisho mwishoni mwa electrolysis.

Katika suluhisho la sulfate ya potasiamu, molekuli za maji huguswa kwenye cathode na anode:

2Н20 + 2е" = Н2 + 20Н-|2

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

Wacha tuongeze hesabu zote mbili pamoja:

6H2O = 2H2 + 4OH" + 4H+ + O2, au

6H2O = 2H2 + 4H2O + O2, au

2H2O = 2H2 + 02

Kwa kweli, wakati electrolysis ya ufumbuzi wa sulfate ya potasiamu hutokea, electrolysis ya maji hutokea.

Mkusanyiko wa solute katika suluhisho imedhamiriwa na formula:

С=m(suluhisho) 100% / m(suluhisho)

Ili kupata mkusanyiko wa suluhisho la sulfate ya potasiamu mwishoni mwa electrolysis, unahitaji kujua wingi wa sulfate ya potasiamu na wingi wa suluhisho. Wingi wa sulfate ya potasiamu haubadilika wakati wa majibu. Hebu tuhesabu wingi wa sulfate ya potasiamu katika suluhisho la awali. Wacha tuonyeshe mkusanyiko wa suluhisho la awali kama C

m(K2S04) = C2 (K2S04) m(suluhisho) = 0.15 200 g = 30 g.

Wingi wa suluhisho hubadilika wakati wa elektrolisisi kwani sehemu ya maji inabadilishwa kuwa hidrojeni na oksijeni. Wacha tuhesabu kiasi cha oksijeni iliyotolewa:

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

Kulingana na equation ya mmenyuko, mole 1 ya oksijeni huundwa kutoka kwa moles 2 za maji. Hebu 0.65 mol ya oksijeni itolewe wakati wa mtengano wa x mol ya maji. Wacha tufanye uwiano:

1.3 mol ya maji iliyoharibika, v (H2O) = 1.3 mol.

Wacha tuhesabu misa ya molar ya maji:

M(H2O) = 1-2 + 16 = 18 g/mol.

Wacha tuhesabu wingi wa maji yaliyoharibiwa:

m(H2O) = v(H2O>M(H2O) = 1.3 mol* 18 g/mol = 23.4 g.

Uzito wa suluhisho la sulfate ya potasiamu ulipungua kwa 23.4 g na ikawa sawa na 200-23.4 = 176.6 g.

C2 (K2 SO4)=m(K2 SO4) 100% / m(suluhisho)=30g 100% / 176.6g=17%

Jibu: mkusanyiko wa suluhisho mwishoni mwa electrolysis ni 17%.

*Kazi ya 5. 188.3 g ya mchanganyiko wa kloridi ya sodiamu na potasiamu iliyeyushwa katika maji na mkondo wa umeme ulipitishwa kupitia suluhisho lililosababisha. Wakati wa electrolysis, lita 33.6 za hidrojeni zilitolewa kwenye cathode. Kuhesabu muundo wa mchanganyiko kama asilimia kwa uzito.

Baada ya kufuta mchanganyiko wa kloridi ya potasiamu na sodiamu katika maji, suluhisho lina K+, Na+ na Cl-ions. Ioni za potasiamu wala ioni za sodiamu hazipunguzwa kwenye cathode; Katika anode, ioni za kloridi hutiwa oksidi na klorini hutolewa:

Wacha tuandike tena hesabu katika fomu ya Masi:

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

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

Hebu tuonyeshe kiasi cha kloridi ya potasiamu iliyo katika mchanganyiko na x mol, na kiasi cha kloridi ya sodiamu kwa mol. Kwa mujibu wa equation ya mmenyuko, wakati wa electrolysis ya moles 2 ya kloridi ya sodiamu au potasiamu, mole 1 ya hidrojeni hutolewa. Kwa hiyo, wakati wa electrolysis ya x mole ya kloridi ya potasiamu, x / 2 au 0.5x mole ya hidrojeni huundwa, na wakati wa electrolysis ya x mole ya kloridi ya sodiamu, 0.5y mole ya hidrojeni huundwa. Hebu tupate kiasi cha hidrojeni iliyotolewa wakati wa electrolysis ya mchanganyiko:

Hebu tufanye equation: 0.5x + 0.5y = 1.5

Wacha tuhesabu misa ya molar ya kloridi ya potasiamu na sodiamu:

M(KS1) = 39+35.5 = 74.5 g/mol

M(NaCl) = 23+35.5 = 58.5 g/mol

Wingi x mole ya kloridi ya potasiamu ni sawa na:

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

Uzito wa mole ya kloridi ya sodiamu ni:

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

Uzito wa mchanganyiko ni 188.3 g, wacha tuunda equation ya pili:

74.5x + 58.5y= 188.3

Kwa hivyo, tunatatua mfumo wa hesabu mbili na mbili zisizojulikana:

0.5(x + y)= 1.5

74.5x + 58.5y=188.3g

Kutoka kwa equation ya kwanza tunaelezea x:

x + y = 1.5/0.5 = 3,

x = 3-y

Kubadilisha thamani hii ya x kwenye equation ya pili, tunapata:

74.5-(3-y) + 58.5y= 188.3

223.5-74.5y + 58.5y= 188.3

-16у = -35.2

y = 2.2 100% / 188.3g = 31.65%

Wacha tuhesabu sehemu kubwa ya kloridi ya sodiamu:

w(NaCl) = 100% - w(KCl) = 68.35%

Jibu: mchanganyiko una 31.65% ya kloridi ya potasiamu na 68.35% ya kloridi ya sodiamu.

UMEME

kuyeyuka na suluhisho la elektroliti

Electrolysis ni seti ya athari za kemikali zinazotokea wakati wa kifungu mkondo wa umeme wa moja kwa moja kupitia mfumo wa electrochemical unaojumuisha electrodes mbili na ufumbuzi wa kuyeyuka au electrolyte.

Kiini cha kemikali cha electrolysis kiko katika ukweli kwamba ni mmenyuko wa redox ambayo hutokea chini ya ushawishi wa sasa wa umeme wa moja kwa moja, na taratibu za oxidation na kupunguza hutenganishwa kwa anga.

Cathode - electrode ambayo cations au maji hupunguzwa. Inashtakiwa vibaya.

Anode - electrode ambayo anions au maji hutiwa oksidi. Imechajiwa vyema.

1. Electrolysis ya chumvi iliyoyeyuka na besi.

Wakati wa electrolysis ya kuyeyuka kwenye cathode, cations za chuma hupunguzwa kila wakati.

К(-): Мen+ + nē → Me0

Mchakato wa anodic imedhamiriwa na muundo wa anion:

a) Ikiwa anion ni asidi isiyo na oksijeni (Cl-, Br-, I-, S2-), basi anion hii inakabiliwa na oxidation ya anodic na dutu rahisi huundwa:

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

b) Ikiwa anion iliyo na oksijeni (SO42-, SiO32-, HO-, nk.) inakabiliwa na oxidation ya anodic, basi nonmetal huunda oksidi (bila kubadilisha hali yake ya oxidation) na oksijeni hutolewa.

A(+): 2SiO32-- 4ē → 2SiO2 + O2

A(+): 2SO32-- 4ē → 2SO2 + O2

A(+): 4РО43-- 12ē → 2Р2O5 + 3О2

A(+): 4NO3-- 4ē → 2N2O5 + O2

A(+): 4HO-- 4ē → 2H2O + O2

Mfano 1.1. Kuyeyusha chumvi ZnCl2

ZnCl2 Û Zn2+ + 2Cl-

S: ZnCl2 electrolysis Zn + Cl2

Mfano 1.2. Kuyeyusha alkali NaOH

NaOH Û Na+ + OH-

Mlinganyo wa jumla wa elektrolisisi hupatikana kwa kuongeza pande za kulia na kushoto za milinganyo, mradi elektroni zinazoshiriki katika michakato ya cathode na anodic ni sawa.

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

4 Na+ + 4 OH - elektrolisisi 4 Na0 + O2 + 2H2O - mlinganyo wa ioni

4NaOH electrolysis 4Na + 2H2O + O2 - equation ya molekuli

Mfano 1.3. Kuyeyusha chumvi Na2SO4

Na2SO4 Û 2Na+ + SO42-

K(-): Na+ + 1 ē Þ Nao *4

A(+): 2SO42- - 4 ē Þ O2 + 2SO3

4Na+ +2SO42- Þ 2Nao + O2 + 2SO3 – mlinganyo wa ionic wa electrolysis

2Na2SO4 electrolysis 4Nao + O2 + 2SO3 - equation ya molekuli

K A

Mfano 1.4. Kuyeyusha chumvi AgNO3

AgNO3 Û Ag+ + NO3-

K(-): Ag+ + 1 Þ Ago *4

A(+): 4NO3- - 4 ē Þ 2N2O5 + 2O2 *1

4Ag+ + 4NO3- electrolysis 4Ag + 2N2O5 + 2O2

4AgNO3 electrolysis 4Ag + 2N2O5 +2O2

K A

Kazi za kazi ya kujitegemea . Chora milinganyo ya uchanganuzi wa kielektroniki wa kuyeyuka kwa chumvi zifuatazo: AlCl3, Cr2(SO4)3, Na2SiO3, K2CO3.

2. Electrolysis ya ufumbuzi wa chumvi, hidroksidi na asidi.

Electrolysis ya ufumbuzi wa maji ni ngumu na ukweli kwamba maji yanaweza kushiriki katika mchakato wa oxidation na kupunguza.

Michakato ya cathode imedhamiriwa na shughuli ya electrochemical ya cation ya chumvi. Zaidi ya kushoto ya chuma iko kwenye safu ya voltage, ni ngumu zaidi kwa cations zake kupunguzwa kwenye cathode:

Li K Ca Na Mg Al Mhe Zn Cr Te Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Pt Au

I kikundiIIkikundiIIIkikundi

Kwa cations za chuma hadi na pamoja na Al (kikundi I), mchakato wa cathodic ni kupunguzwa kwa hidrojeni kutoka kwa maji:

(-)K: 2H2O + 2ē → H2 + 2HO-

Kwa cations za chuma baada ya hidrojeni (kikundi cha III), mchakato wa cathodic ni kupunguzwa kwao kwa chuma:

(-) K: Мen+ + nē → Me0

Kwa cations za chuma katika safu ya voltage kutoka Mn hadi H2 (kikundi II), kuna michakato ya ushindani sambamba ya kupunguzwa kwa cations za chuma na hidrojeni kutoka kwa maji:

(-) K: Мen+ + nē → Me0

2H2O + 2ē → H2+ 2HO-

Ni ipi kati ya michakato hii itatawala inategemea mambo kadhaa: Shughuli ya Me, pH ya suluhisho, ukolezi wa chumvi, hali ya voltage na electrolysis.

Michakato ya anodic imedhamiriwa na muundo wa vitunguu vya chumvi:

A) Ikiwa anion ni asidi isiyo na oksijeni (Cl-, Br-, I-, S2-, nk), basi hutiwa oksidi kwa vitu rahisi (isipokuwa F-):

A(+): S2- - 2ē → S0

b) Mbele ya anion iliyo na oksijeni (SO42-, CO32-, nk. au OH-), ni maji tu hupitia oxidation ya anodic:

A(+): 2H2O - 4ē → O2 + 4H+

Wacha tuangalie mifano ili kuonyesha chaguzi zote zinazowezekana:

Mfano 2.1 . Suluhisho la chumvi la KCl

K(-): 2H2O + 2e - Þ H2 + 2OH-

A(+): 2Cl - - 2e - Þ Cl2

å: 2H2O + 2Cl - electrolysis H2 + 2OH - + Cl2 - equation ionic ya electrolysis

2KCl + 2H2O electrolysis H2 + 2KOH + Cl2 - mlingano wa molekuli ya electrolysis

K A

Mfano 2.2 . Suluhisho la chumvi la CuCl2

CuCl2 Û Cu2+ + 2Cl-

K(-): Cu2+ + 2e - Þ Cuo

A(+): 2Cl- -2e - Þ Cl2

na: CuCl2 electrolysis Cu + Cl2

Mfano 2.3. Suluhisho la chumvi la FeCl2

FeCl2 Û Fe2+ + 2Cl-

Iron ni ya metali za kundi la II, kwa hivyo michakato miwili sambamba itatokea kwenye cathode:

Mchakato wa 1:

(-) K: Fe2+ + 2ē → Fe0

(+)A: 2Cl - - 2ē → Cl2

Fe2+++ 2Cl - el-z Fe0 + Cl2 - equation ya ionic ya mchakato

FeCl2 el-z Fe0 + Cl2 - equation ya molekuli ya mchakato

Mchakato wa 2:

(-)K: 2H2O + 2ē → H2+ 2OH-

(+)A: 2Cl - - 2ē → Cl2

2H2O + 2Cl - → H2+ 2OH - + Cl2 - mlinganyo wa ionic wa mchakato

2H2O + FeCl2 electrolysis H2+ Fe(OH)2 + Cl2 - equation ya molekuli.

Hivyo, katika nafasi ya cathode Fe, H2 na Fe(OH)2 zitaundwa kwa uwiano tofauti kulingana na hali ya electrolysis.

Mfano 2.4 . Suluhisho la chumvi la Na2SO4.

Na2SO4 Û 2Na+ + SO42-

K(-) 2H2O + 2e - Þ H2 + 2OH - *2

A(+) 2H2O – 4e - Þ O2 + 4H+

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

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

katika nafasi ya cathode katika nafasi ya anode

Wakati umeme wa sasa umezimwa na yaliyomo kwenye cathode na anode huchanganywa, matokeo ya mwisho ya electrolysis yanaweza kuwakilishwa na mchoro ufuatao:

2H2O el-z 2H2 + O2,

kwa kuwa alkali itaitikia na asidi kuunda 2 mol ya chumvi na 4 mol ya maji.

Mfano 2.5 . Electrolysis ya ufumbuzi wa CuSO4.

CuSO4 Û Cu2+ + SO42-

K(-): Cu2+ + 2e - Þ Cuo

A(+): 2H2O – 4e - Þ O2 + 4H+

å: 2Cu2+ + 2H2O electrolysis 2Cuo + O2 + 4H+

na: CuSO4 + 2H2O electrolysis 2Cuo + O2 + 2H2SO4

Mfano 2.6. Electrolysis ya suluhisho la FeSO4

Kwa kuwa chuma ni mali ya kundi la II la metali, michakato miwili ya ushindani itatokea sambamba kwenye cathode (tazama mfano 2.3), na maji yataongeza oksidi kwenye anode (tazama mfano 2.4):

Mchakato wa 1:

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

2FeSO4 + 2H2O el-z 2 Fe + O2 + 2H2SO4– mlinganyo wa molekuli

Mchakato wa 2:

K(+): 2H2O + 2ē → H2+ 2OH - *2

A(-): 2H2O - 4ē → O2+ 4H+

6H2O electrolysis 2H2+ 4ОH - + O2 + 4H+

6H2O + 2FeSO4electrolysis 2H2+ 2Fe(OH)2 + O2 + 2H2SO4 - molekuli

https://pandia.ru/text/80/299/images/image051_9.gif" width="21" height="50">Na tu ikiwa michakato ya kupunguza kathodic ya kato za chuma na hidrojeni kutoka kwa maji itatokea kwa idadi sawa. , tunaweza kuandika mlinganyo wa jumla wa majibu ya mwisho:

(-) K: Fe2+ + 2ē → Fe0

2H2O + 2ē → H2+ 2HO - elektroni 4 pekee

(+)A: 2H2O - 4ē → O2 + 4H+

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

2FeSO4 + 4H2O el-z Fe + H2+ Fe(OH)2 + O2 + 2H2SO4

anode ya cathode

Baada ya kuzima sasa na kuchanganya suluhisho, equation ya mwisho itakuwa kama ifuatavyo.

· Unda milinganyo kwa ajili ya uchanganuzi wa kielektroniki wa suluhu za K2CO3, ZnSO4, AgNO3, NiI2, CoCl2.

· Tatua tatizo. Ili kuchanganua maudhui ya uchafu wa NaCl katika NaOH ya kiufundi, 40 g ya madawa ya kulevya iliyeyushwa ndani ya maji na kuathiriwa na electrolysis hadi ioni za klorini zioksidishwe kabisa. Katika kesi hii, 601 ml ya Cl2 ilitolewa kwenye anode kwa joto la 200C na shinikizo la kawaida. Piga hesabu ya sehemu kubwa ya uchafu wa NaCl katika NaOH.

3. Electrolysis c mumunyifu s m anode

Juu, mifano ya electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya chumvi na anode ya inert, yaani, ambayo haina sehemu ya kemikali katika mchakato wa anodic, ilizingatiwa. Electrodes kama hizo hutengenezwa kwa metali nzuri zisizo na kazi, kwa mfano, Pt, Ir, au elektroni za kaboni hutumiwa. Ikiwa anode za mumunyifu hutumiwa, kwa mfano, Cu-anode, Zn-anode, basi mchakato wa anodic umebadilishwa kwa kiasi kikubwa, kwani anode yenyewe ni oxidized. Katika anode, kati ya michakato 2 ya ushindani, mchakato wenye uwezo mdogo hutokea: kwa oxidation ya shaba E0 = - 0.34 V, kwa oxidation ya zinki E0 = - 0.76 V, na kwa oxidation ya Cl anion E0 = + 1.36 V.

Mfano 3.1. Electrolysis ya suluhisho la maji la chumvi ya CuCl2 na anode mumunyifu:

Cathode (-): Cu anodi (+):

Cu2+ + 2ē → Cu0 Cu0 - 2ē → Cu2+

Kwa hivyo, aina ya kusafisha ya anode ya shaba hutokea: hutengana, uchafu hubakia katika nafasi ya anode, na shaba safi huwekwa kwenye cathode. Katika kesi hii, anion ya klorini haijaoksidishwa, lakini hujilimbikiza kwenye nafasi ya anode.

Mfano 3.2. Electrolysis ya mmumunyo wa maji wa chumvi ya KCl na Cu anode:

Cu anode (+): Cu0 - 2ē → Cu2+

Katika cathode, hidrojeni mwanzoni huanza kupunguzwa kutoka kwa maji, lakini kuonekana kwa Cu2+ kwenye suluhisho hufanya athari mbili za kupunguza kathodi kuwa za ushindani:

K(-): 2H2O + 2ē → H2+ 2NO - E0 = - 0.828 V

Cu2+ + 2ē → Cu0 E0 = + 0.34 V

Kwa sababu hiyo, ile ambayo ina sifa ya uwezo wa juu zaidi huendelea zaidi, yaani, kupunguzwa kwa Cu2+ hadi Cu0.

Kwa hivyo, katika kesi hii, anode ya Cu itayeyuka: Cu0 - 2ē → Cu2+, na kwenye cathode cations za shaba zilizoundwa zitapunguzwa: Cu2+ + 2ē → Cu0. Chumvi ya KCl inahitajika tu kuongeza conductivity ya umeme ya suluhisho, na haishiriki moja kwa moja katika michakato ya redox.

Mgawo wa kazi ya kujitegemea. Fikiria electrolysis ya CuSO4 na Cu anode, Na2SO4 na Cu anode.

Upasuaji wa klorini

Matumizi ya hipokloriti ya sodiamu (NaClO) ni kutokana na uwezo wake wa kemikali wa kupunguza idadi ya vijidudu hatari. Mali yake ya baktericidal ni lengo la kuharibu idadi ya fungi na bakteria hatari.

Ili kupata hypochlorite ya sodiamu, ni muhimu kutekeleza mchakato wa klorini ya hidroksidi ya sodiamu (NaOH) kwa kutumia klorini ya molekuli (Cl).

Kanuni ya hatua ya hypochlorite ya sodiamu (NaClO) ni rahisi sana, kwani dutu hii ina biocidal ya juu (biocide - mawakala wa kemikali iliyoundwa kupambana na microorganisms hatari au pathogenic). Wakati hypochlorite ya sodiamu (NaClO) inapoingia ndani ya maji, huanza kuoza kikamilifu, ikitoa chembe hai kwa namna ya radicals na oksijeni ya sodiamu (NaClO) radicals huelekezwa dhidi ya microorganisms hatari. Chembe hai za hypochlorite ya sodiamu (NaClO) huanza kuharibu shell ya nje au biofilm ya microorganism, na hivyo kusababisha kifo cha mwisho cha fungi mbalimbali za pathogenic, virusi na bakteria Mchanganyiko wa kemikali ya hypochlorite ya sodiamu inalenga kuzuia disinfecting na disinfecting maji. Kwa hiyo, dutu hii inachukua nafasi muhimu katika maeneo mengi ya maisha ya binadamu. Tafiti za dunia zinaonyesha kuwa hipokloriti ya sodiamu (NaClO) hutumika kwa ajili ya kuua viini katika asilimia 91 ya visa, asilimia 9 iliyobaki ni pamoja na hipokloriti ya potasiamu au lithiamu. Lakini ili dutu hii kutoa matokeo na faida katika maisha ya kila siku, ni muhimu kufuatilia kwa makini mkusanyiko wa suluhisho.
Klorini iligeuka kuwa njia rahisi na ya bei nafuu zaidi ya kuua maji, kwa hivyo ilienea haraka ulimwenguni kote. Sasa tunaweza kusema kwamba njia ya jadi ya disinfecting maji ya kunywa, kukubalika duniani kote (katika kesi 99 kati ya 100), ni klorini, na leo mamia ya maelfu ya tani ya klorini hutumiwa kila mwaka kwa klorini maji Urusi zaidi ya 99% ya maji ni klorini na Kwa madhumuni haya, wastani wa tani elfu 100 za klorini hutumiwa kwa mwaka.

Katika mazoezi ya sasa ya kuzuia maji ya kunywa, klorini hutumiwa mara nyingi kama njia ya kiuchumi na yenye ufanisi zaidi kwa kulinganisha na njia nyingine yoyote inayojulikana, kwani ndiyo njia pekee inayohakikisha usalama wa microbiological wa maji wakati wowote katika mtandao wa usambazaji. wakati wowote kwa sababu ya athari ya klorini.
Inajulikana kuwa klorini (Cl), wakati wa kuguswa na maji, haifanyi "maji ya klorini" (kama ilivyofikiriwa hapo awali), lakini asidi ya hypochlorous ( HClO) ni dutu ya kwanza iliyopatikana na wanakemia ambayo ilikuwa na klorini hai.
Kutoka kwa equation ya majibu: HClO + HCl ↔ Cl 2 + H 2 O, inafuata kwamba kinadharia kutoka 52.5 g safi HClO unaweza kupata 71 g Cl2, yaani, asidi ya hypochlorous ina 135.2% ya klorini hai. Lakini asidi hii haina msimamo: ukolezi wake wa juu iwezekanavyo katika suluhisho sio zaidi ya 30%.
Klorini huyeyuka kwa urahisi ndani ya maji, na kuua viumbe vyote vilivyomo. Kama ilivyoanzishwa, baada ya kuchanganya gesi ya klorini na maji, usawa huwekwa katika suluhisho la maji:
Cl 2 + H 2 O ↔ HClO + HCl
Kisha, mtengano hutokea (mtengano ni mtengano wa chembe (molekuli, radical, ioni) ndani ya chembe kadhaa rahisi zaidi) ya asidi ya hypochlorous inayosababishwa. HOCl ↔ H+ + OCl –
Uwepo wa asidi ya hypochlorous katika miyeyusho ya maji ya klorini na anions kutokana na kujitenga kwake. OCl - kuwa na mali kali ya baktericidal (uwezo wa kuharibu microorganisms). Ilibainika kuwa asidi ya hypochlorous ya bure ni karibu mara 300 zaidi kuliko ioni za hypochlorite ClO -. Hii inaelezewa na uwezo wa kipekee HClO kupenya bakteria kupitia utando wao. Kwa kuongezea, kama tulivyokwishaonyesha, asidi ya hypochlorous huathirika na mtengano kwenye mwanga:
2HClO → 2 1O 2 + 2HCl → O 2 + HCl
na malezi ya asidi hidrokloriki na oksijeni ya atomiki (moja) (kama dutu ya kati), ambayo ni wakala wa oksidi kali.

Mchakato wa klorini.

Katika kituo cha matibabu ya maji, klorini hutolewa katika hali ya kioevu katika vyombo maalum vya uwezo mbalimbali, mitungi ya kiasi kidogo na cha kati. Lakini klorini katika fomu ya gesi hutumiwa kufuta maji. Klorini ya gesi hupatikana kutoka kwa klorini ya kioevu kwa kuivukiza katika vivukizi vya coil, ambavyo ni vifaa vya wima vya silinda na koili zilizowekwa ndani ambayo klorini ya kioevu hupita. Kipimo cha gesi ya klorini iliyosababishwa ndani ya maji hufanyika kupitia vifaa maalum - klorini ya utupu.
Baada ya kuingiza klorini ndani ya maji yanayotibiwa, mchanganyiko mzuri na maji na muda wa kutosha wa kugusa kwake na maji (angalau dakika 30) lazima uhakikishwe kabla ya maji kutolewa kwa watumiaji. Ikumbukwe kwamba maji lazima tayari kutayarishwa kabla ya klorini na, kama sheria, klorini kawaida hufanywa kabla ya maji yaliyofafanuliwa kuingia kwenye hifadhi ya maji safi, ambapo wakati muhimu wa kuwasiliana unahakikishwa.

Faida kuu za kutumia gesi ya klorini kwa disinfection ya maji
ni:

• gharama ya chini ya mchakato wa disinfection ya maji;
• unyenyekevu wa mchakato wa klorini;
• uwezo wa juu wa disinfecting wa gesi ya klorini;
• klorini huathiri sio tu microorganisms, lakini pia oxidizes vitu hai na isokaboni;
• Klorini huondoa ladha na harufu ya maji, rangi yake, na haina kuongeza tope.

Hata hivyo, klorini ni dutu yenye sumu kali ya darasa la pili la hatari. Turpentine, titani na poda za chuma katika anga ya klorini zinaweza kuwaka moja kwa moja kwenye joto la kawaida. Klorini huunda mchanganyiko unaolipuka na hidrojeni.
Wakati mwingine gharama za kuhakikisha usalama wakati wa klorini huzidi gharama za klorini halisi ya maji.

Katika suala hili, matumizi ya hypochlorite ya sodiamu kama wakala wa klorini kwa klorini ya maji ni mbadala nzuri kwa gesi ya klorini.

Electrolysis

Njia ya bei rahisi, rahisi na salama zaidi ya kutengeneza suluhisho la disinfectant ya hipokloriti ya sodiamu ni kwa elektrolisisi ya suluhisho la maji ya kloridi ya sodiamu (NaCl) na mwingiliano wake na alkali kwenye kifaa sawa - elektrolizer.

Picha zinaonyesha kifaa cha umeme. Seko dosing pampu kwa dosing sodium hipokloriti na muhuri pampu Argal kwa kusukuma NaCl brine

Wakati wa kudumisha faida zote za njia ya klorini kwa kutumia klorini ya kioevu, disinfection na hypochlorite ya sodiamu ya electrolytic inakuwezesha kuepuka matatizo kuu ya kusafirisha na kuhifadhi gesi yenye sumu.
Utumiaji wa miyeyusho ya hipokloriti ya sodiamu iliyokolea kidogo huongeza usalama wa mchakato wa utengenezaji wa disinfection ya maji ikilinganishwa na klorini kioevu na hipokloriti ya sodiamu iliyokolea sana.
Malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa hypochlorite ya sodiamu ni chumvi ya meza. Kwa kuwa reagent hutumiwa moja kwa moja kwenye hatua ya kupokea, hakuna haja ya usafiri.
Mchakato wa kiteknolojia wa utengenezaji wa hypochlorite ya sodiamu ni pamoja na shughuli zifuatazo:

• Maandalizi ya suluhisho iliyojaa ya chumvi ya meza.
• Mchakato kuu wa kutengeneza hypochlorite ya sodiamu ni electrolysis.

Wakati wa elektrolisisi ya suluhisho la kloridi ya sodiamu, athari zifuatazo hufanyika:
kwenye cathode: 2Na + + 2е→2Na;
2Na + 2H2O→2NaOH (hidroksidi ya sodiamu) + H 2;
kwenye anode: 2Cl - - 2e→Cl 2;
Cl 2 + 2H 2 O →2HClO (asidi haipoklori) + HCl.
Mwitikio wa jumla unaweza kuwasilishwa kama:
NaCl + H 2 O → NaClO + H 2 .

Kwa kuwa mchakato wa oxidation ya hypochlorite ya sodiamu na malezi ya baadaye ya klorini na kloriti hupungua kwa joto la kupungua, electrolysis hufanyika kwa joto la chini la ufumbuzi wa chumvi ya kazi (20-25 C °).
Chumvi hutiwa ndani ya vyombo maalum - saturator kupitia kifaa cha kupakia. Malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa ufumbuzi wa hypochlorite ya chini ya kujilimbikizia ya sodiamu ni chumvi ya meza ya juu au "Ziada". Maji yaliyomwagika, kupita kwenye safu ya chumvi, huunda suluhisho iliyojaa ya chumvi ya meza.
Ili kusafisha suluhisho la chumvi iliyojilimbikizia, vichungi vya coarse na vichungi vyema vya cartridge ya polypropen na upitishaji wa microns 5 hutumiwa.
Suluhisho lililojaa la chumvi la meza hupigwa ndani ya mchanganyiko, ambapo hupunguzwa na maji ya bomba kwa mkusanyiko wa kazi (kulingana na SanPiN 2.1.4.1074-01), na kisha kwenye electrolyzer.
Mchakato kuu wa kuzalisha hypochlorite ya sodiamu kwa electrolysis unafanywa katika mitambo inayojumuisha umwagaji wa electrolysis na mchanganyiko wa joto. Katika kubadilishana joto, electrolyte hupozwa katika majira ya joto (pamoja na maji ya bomba), na ufumbuzi wa chumvi unaofanya kazi hutangulia wakati wa baridi.
Katika bathi za electrolysis, electrodes ya titani hutiwa na ruthenium na dioksidi za iridium. Wakati wa mchakato wa electrolysis, kalsiamu na magnesiamu huwekwa kwenye elektroni, hivyo mara kwa mara, kama amana hizi zinaunda, electrolyzers huosha katika mzunguko uliofungwa na ufumbuzi wa 4% wa asidi hidrokloric (HCl).
Katika electrolyzer, electrolysis inayoendelea ya ufumbuzi wa chumvi ya kazi hutokea, na kusababisha hypochlorite ya sodiamu. Suluhisho la asilimia tatu la NaCl na kiwango cha mtiririko wa ujazo wa 2.5 m3/h hutiririka kupitia kitengo cha elektrolisisi hadi mkusanyiko unaohitajika wa NaClO (0.8%) unapatikana. Hypochlorite ya sodiamu inayoundwa katika elektroliza huhifadhiwa kwenye mizinga maalum ili kutoa usambazaji kwa mahitaji ya vifaa vya matibabu.
Hypokloriti ya sodiamu yenye mkusanyiko wa angalau 8 g/l ya klorini hai huingia kwenye tanki la kuhifadhia, kutoka ambapo inasukumwa hadi vitengo vya dozi vilivyo karibu na pointi za kuingiza vitendanishi. Kutoka kwa vyombo, hipokloriti ya sodiamu hutolewa kupitia mfumo wa bomba na pampu za dispenser hadi kituo cha dosing kiotomatiki ndani ya maji yaliyotibiwa.

Hitimisho
Matumizi ya ufumbuzi mdogo wa kujilimbikizia wa hypochlorite ya sodiamu hufanya iwezekanavyo kuongeza usalama wa michakato ya utakaso wa maji kwenye mitambo ya usambazaji wa maji.

Mchanganyiko wa disinfection ya maji yaliyotibiwa na hipokloriti ya sodiamu iliyojilimbikizia chini (hatua ya kwanza) na mionzi ya ultraviolet kabla ya usambazaji wa mtandao wa usambazaji wa maji wa jiji (hatua ya pili) inahakikisha kufuata kamili kwa ubora wa maji kulingana na viashiria vya microbiological na viwango vya sasa na ugonjwa wake wa juu wa ugonjwa. usalama.

Wakati wa kuzingatia electrolysis ya ufumbuzi, mtu lazima asipoteze ukweli kwamba, pamoja na ions electrolyte, katika ufumbuzi wowote wa maji pia kuna ions ambayo pia ni bidhaa za kutengana kwa maji - H + na OH - Katika electrolytic shamba, ioni za hidrojeni huhamia kwenye cathode, na ioni za hidroksili huhamia anode. Kwa hivyo, cations zote za elektroliti na cations za hidrojeni zinaweza kutolewa kwenye cathode. Vile vile, kwenye anode, anions zote mbili za electrolyte na ioni za hidroksili zinaweza kutolewa. Kwa kuongeza, molekuli za maji pia zinaweza kupitia oxidation ya electrochemical au kupunguzwa.

Ni aina gani ya michakato ya elektroni itatokea kwenye elektroni wakati wa elektrolisisi itategemea kimsingi uwiano wa uwezo wa elektrodi wa mifumo inayolingana ya elektroni. Hii ina maana kwamba aina zilizooksidishwa za mifumo ya electrochemical itapunguzwa kwenye cathode. Kati ya michakato kadhaa inayowezekana, ambayo utekelezaji wake unahusisha matumizi madogo ya nishati itaendelea. Hii ina maana kwamba aina zilizooksidishwa za mifumo ya electrode na uwezo wa juu zaidi wa electrode itapunguzwa kwenye cathode, na aina zilizopunguzwa za mifumo yenye uwezo wa chini wa electrode zitaoksidishwa kwenye anode. Nyenzo ya electrode ina athari ya kuzuia juu ya tukio la michakato fulani ya electrochemical; kesi kama hizo zimeainishwa hapa chini.

Wakati wa kuzingatia michakato ya cathodic inayotokea wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji, ni muhimu kuzingatia ukubwa wa uwezekano wa mchakato wa kupunguzwa kwa ioni za hidrojeni. Uwezo huu unategemea mkusanyiko wa ioni za hidrojeni na katika kesi ya suluhisho la upande wowote (pH = 7) ina thamani.
φ=-0.059 * 7 = -0.41 V. Kutoka hapa ni wazi kwamba ikiwa electrolyte huundwa na chuma ambacho uwezo wa electrode ni chanya zaidi kuliko -0.41 V, basi chuma kitatolewa kutoka kwa ufumbuzi wa neutral kwenye cathode. . Metali kama hizo hupatikana katika safu ya voltage karibu na hidrojeni (kuanzia takriban kutoka kwa bati) na baada yake. Kinyume chake, katika kesi ya elektroliti, chuma ambacho kina uwezo hasi zaidi kuliko -0.41 V, chuma hakitapunguzwa, lakini hidrojeni itatolewa. Metali kama hizo ni pamoja na metali mwanzoni mwa safu ya mafadhaiko, takriban hadi titani. Hatimaye, ikiwa uwezo wa chuma uko karibu na -0.41 V (metali katikati ya safu - Zn, Cr, Fe, Ni), basi kulingana na mkusanyiko wa suluhisho na hali ya electrolysis, kupunguzwa kwa chuma na mageuzi. ya hidrojeni inawezekana; Utoaji wa ushirikiano wa chuma na hidrojeni mara nyingi huzingatiwa.

Mageuzi ya electrochemical ya hidrojeni kutoka kwa ufumbuzi wa tindikali hutokea kutokana na kutokwa kwa ioni za hidrojeni. Katika kesi ya vyombo vya habari vya neutral au alkali, ni matokeo ya kupunguzwa kwa electrochemical ya maji:

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

Kwa hivyo, asili ya mchakato wa cathodic wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji imedhamiriwa hasa na nafasi ya chuma sambamba katika mfululizo wa voltage. Katika baadhi ya matukio, pH ya suluhisho, mkusanyiko wa ioni za chuma na hali nyingine za electrolysis ni muhimu sana.

Wakati wa kuzingatia michakato ya anodic, inapaswa kukumbushwa katika akili kwamba nyenzo za anode zinaweza kuwa oxidized wakati wa electrolysis. Katika suala hili, tofauti hufanywa kati ya electrolysis na anode ya inert na electrolysis na anode hai. Anode ya inert ni ile ambayo nyenzo zake haziingii oxidation wakati wa electrolysis. Anode hai ni ile ambayo nyenzo zake zinaweza kuwa oxidized wakati wa electrolysis. Graphite, makaa ya mawe na platinamu hutumiwa mara nyingi kama nyenzo za anodi za ajizi.

Juu ya anode ya inert, wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya alkali, asidi yenye oksijeni na chumvi zao, pamoja na asidi hidrofloriki na fluorides, oxidation ya electrochemical ya maji hutokea kwa kutolewa kwa oksijeni. Kulingana na pH ya suluhisho, mchakato huu hutokea tofauti na unaweza kuandikwa na equations tofauti. Katika kati ya alkali, equation ina fomu

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

na katika tindikali au upande wowote:

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

Katika kesi zinazozingatiwa, oxidation ya elektroni ya maji ndio mchakato unaofaa zaidi. Anions zenye oksijeni haziwezi kuongeza oksidi, au uoksidishaji wao hutokea kwa uwezo wa juu sana. Kwa mfano, uwezo wa oksidi wa kawaida wa SO 4 2- ion

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

ni sawa na 2.010 V, ambayo kwa kiasi kikubwa inazidi uwezo wa kawaida wa oxidation ya maji (1.228 V). Uwezo wa kawaida wa oxidation ya F - ion ina thamani kubwa zaidi (2.87 V).

Wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya asidi isiyo na oksijeni na chumvi zao (isipokuwa HF na fluorides), anions hutolewa kwenye anode. Hasa, wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa HI, HBr, HCl na chumvi zao, halojeni inayofanana inatolewa kwenye anode. Kumbuka kwamba kutolewa kwa klorini wakati wa electrolysis ya HCl na chumvi zake kunapingana na nafasi ya jamaa ya mifumo.

2Cl - =2Cl + 2e - (φ=1.359 V)

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

katika anuwai ya uwezo wa kawaida wa elektrodi. Ukosefu huu unahusishwa na overvoltage kubwa ya pili ya michakato hii miwili ya electrode - nyenzo ya anode ina athari ya kuzuia mchakato wa kutolewa kwa oksijeni.

Katika kesi ya anode hai, idadi ya michakato ya oxidation inayoshindana huongezeka hadi tatu: oxidation ya elektroni ya maji na kutolewa kwa oksijeni, kutokwa kwa anion (yaani oxidation yake) na oxidation ya elektroni ya metali ya anode (kinachojulikana kama kufutwa kwa anodic. ya chuma). Kati ya michakato hii inayowezekana, ile ambayo ni nzuri zaidi itaendelea. Ikiwa chuma cha anode iko katika mfululizo wa uwezo wa kawaida mapema kuliko mifumo mingine ya electrochemical, basi uharibifu wa anodic wa chuma utazingatiwa. Vinginevyo, oksijeni itatolewa au anion itatolewa.

Hebu fikiria matukio kadhaa ya kawaida ya electrolysis ya ufumbuzi wa maji.

Electrolysis ya ufumbuzi wa CuCl 2 na anode ya inert. Copper iko baada ya hidrojeni katika mfululizo wa voltage; kwa hiyo, Cu 2+ ions itatolewa kwenye cathode na shaba ya metali itatolewa. Ioni za kloridi zitatolewa kwenye anode.

Mpango wa electrolysis ya suluhisho la kloridi ya mel (II):

Cathode ← Cu 2+ 2Cl - → Anode

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

Electrolysis ya ufumbuzi wa K 2 SO 4 na anode ya inert. Kwa kuwa potasiamu ni mapema zaidi kuliko hidrojeni katika mfululizo wa voltage, hidrojeni itatolewa kwenye cathode na OH - itajilimbikiza. Katika anode, oksijeni itatolewa na H + ions itajikusanya. Wakati huo huo, K + ions itaingia kwenye nafasi ya cathode, na SO 4 2- ions itaingia nafasi ya anode. Hivyo, ufumbuzi katika sehemu zake zote utabaki neutral umeme. Walakini, alkali itajilimbikiza kwenye nafasi ya cathode, na asidi itajilimbikiza kwenye nafasi ya anodic.

Mpango wa electrolysis ya suluhisho la sulfate ya potasiamu:

Cathode ← 4K + 2SO 4 2- → Anode

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

KOH 4H=2H 2 2O=O 2 H 2 SO 4

Electrolysis ya suluhisho la NiSO 4 na anode ya nickel. Uwezo wa kawaida wa nikeli (-0.250 V) ni kubwa kidogo kuliko -0.41 V; Kwa hiyo, wakati wa electrolysis ya ufumbuzi wa neutral wa NiSO 4 kwenye cathode, hasa kutokwa kwa Ni 2+ ions na kutolewa kwa chuma hutokea. Katika anode, mchakato kinyume hutokea - oxidation ya chuma, kwani uwezo wa nickel ni mdogo sana kuliko uwezo wa oxidation ya maji, na hata zaidi uwezekano wa oxidation ya SO 4 2- ion. Kwa hiyo, katika kesi hii, electrolysis inakuja chini ya kufuta chuma cha anode na kuitenganisha kwenye cathode.

Mpango wa electrolysis ya suluhisho la nickel sulfate:

Cathode ← Ni 2+ SO 4 2- → Anode

Ni 2+ + 2e - =Ni Ni=Ni 2+ + 2e -

Utaratibu huu hutumiwa kwa utakaso wa electrochemical wa nikeli.

Sheria za Faraday

1. Sheria ya Faraday.

Wingi wa dutu iliyotolewa kwenye electrode wakati umeme wa sasa unapita kupitia suluhisho la electrolyte ni sawa sawa na kiasi cha umeme.

Ambapo ∆m ni kiasi cha dutu inayoitikiwa; Q - kiasi cha umeme; k e - mgawo wa uwiano, unaoonyesha ni kiasi gani cha dutu ilijibu wakati wa kifungu cha kiasi cha kitengo cha umeme. Kiasi k inaitwa sawa na electrochemical.

k=M/(N A z│e│)

ambapo z ni valence ya ioni; M ni molekuli ya molar ya dutu iliyotolewa kwenye electrode; N A ni ya kudumu ya Avogadro. │e│= 1.6 10 -19 Cl.

2. Sheria ya Faraday.

Kwa mujibu wa sheria ya pili ya Faraday, kwa kiasi fulani cha umeme kilichopitishwa, uwiano wa wingi wa vitu vilivyoathiriwa ni sawa na uwiano wa sawa na kemikali zao:

∆m 1 /A 1 =∆m 2 /A 2 =∆m 3 /A 3 =const

Kemikali sawa na kipengele ni sawa na uwiano wa sehemu ya wingi wa kipengele ambacho huongeza au kuchukua nafasi katika misombo ya kemikali molekuli moja ya atomiki ya hidrojeni au nusu ya molekuli ya atomiki ya oksijeni kwa 1/12 ya molekuli ya C 12. chembe. Dhana ya "kemikali sawa" pia inatumika kwa misombo. Kwa hivyo, kemikali sawa na asidi ni nambari sawa na molekuli yake ya molar iliyogawanywa na msingi (idadi ya ioni za hidrojeni), kemikali sawa na msingi ni molekuli yake ya molar iliyogawanywa na asidi (kwa msingi wa isokaboni - idadi ya hidroksili. makundi), kemikali sawa na chumvi ni molekuli yake ya molar, imegawanywa na jumla ya mashtaka ya cations au anions.