Өзін-өзі бақылауға және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар

1. 
   Гальваникалық элемент деген не?
   
2. 
   Металдың стандартты электродты потенциалы деген не?
   
3. 
   Металдың электродты потенциалына байланысты тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш қасиеттер қалай өзгереді?
   
4. 
   Электродты потенциал мәніне қандай факторлар әсер етеді?
   
5. 
   Электродтардың анықтамасын беріңдер: анод, катод.
   
6. 
   Қандай гальваникалық элементтер химиялық деп аталады?
   
7. 
   Гальваникалық элементпен жасалған электр жұмысын есептеу үшін қандай константалар және тәжірибелік мәліметтер қажет?
   
8. 
   Қайтымды жағдайда жұмыс істейтін гальваникалық элемент үшін ЭҚК 273 К қарағанда, 298 К болған кезде жақсы жұмыс істейді? Бұл элемент жылуды бөле жүре ме әлде сіңіре жүре ме?
   
9. 
   Электрод поляризациясы деген не? Анод және катод потенциалдары қалай өзгереді?
   
10. 
    Гальваникалық элементтердің жұмысын қарастырыңдар: Н₂ / Н₂SO₄ // AgNO₃ /Ag. Элементтің стандартты ЭҚК, тоқтүзетін реакцияның стандартты Гиббс энергиясы мәнін және тепе-теңдік константасын есептеңдер.
    

1. 
   Келесі электродтар үшін потенциал мәнін есептеңдер:
   

Нұсқа	Металл	Электролит	Ерітінді концентрациясы, (моль/л)	жауабы φ, В
1	Al	AlCl3	0,002	-1,710
2	Mn	MnSO4	0,5	-1,190
3	Zn	ZnSO4	0,001	-0,850
4	Cr	Cr(NO3)3	0,02	-0,773
5	Fe	FeCl3	0,005	-0,085
6	Co	CoSO4	10	-0,250
7	Ni	NiSO4	5	-0,229
8	Sn	SnCl2	0,2	-0,160
9	Pb	Pb(NO3)2	0,05	-0,168
10	Cu	CuSO4	0,03	0,295
11	Ag	AgNO3	0,001	0,623
12	Hg	HgSO4	5	0,870
13	Mg	MgSO4	0,003	-2,434
14	Cd	CdSO4	10	-0,370
15	Ti	TiCl2	0,01	-1,689

2. 
   Келесі гальваникалық элементтердің жұмысына жауап беретін реакция теңдеулерін жазыңдар. Анод және катодтағы процесте сыртқы тізбек бойынша электрондардың орын ауыстыруының бағытын көрсетіңдер. Стандартты жағдайлар үшін элементтің ЭҚК, ∆ G^º және К_р есептеңдер
   

Нұсқа	Гальваникалық элемент	Е°, В	∆ Gº, кДж	Кр
1	Mn | MnSO4|| H2SO4| H2Pt	1,18	-227,74	1040
2	Mg | MgSO4|| Ag2SO4| Ag	3,169	-611,62	10107
3	Al | AlCl3|| ZnCl2| Zn	0,899	-520,52	1091
4	Ti | TiCl2 || NiCl2 | Ni	1,38	-266,34	1047
5	Cr | CrCl3|| HCl| H2 , Pt	0,744	-215,39	1038
6	Fe | FeSO4 || CoSO4| Co	0,163	-31,46	106
7	Cd | CdSO4 || Ag2SO4 | Ag	0,202	-231,99	1041
8	Co | Co(NO3)2|| Bi(NO3)3| Bi	0,507	-293,55	1052
9	Pt, H2 | H2SO4||Hg(NO3)2| Hg	0,854	-164,82	1023
10	Pt, H2 | H2SO4|| CuSO4 | Cu	0,340	-65,62	1012
11	Ni | NiSO4 || H2SO4| H2 , Pt	0,250	-48,25	108
12	Ni | NiSO4| Al2(SO4)3 | Al	1,412	-817,55	10144
13	Bi | Bi(NO3)3 || Zn(NO3)2| Zn	0,993	-574,95	10101
14	Pt, H2| H2SO4|| MgSO4 | Mg	2,370	-457,41	1080
15	Cr | Cr(NO3)3 || AgNO3 | Ag	1,543	-446,70	1078

ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС № 13

Электролиз

Электролиттің балқымасы немесе электролиттің ерітіндісі арқылы тұрақты электр тоғы өткенде жеке электродтарда жүретін тотығу-тотықсыздану реакцияларын электролиз дейді.

m = (I*τ*M(f_эквB))/F

I – тоқ күші, А;

T_ш = m₁/m*100

Осы формула бойынша тоқтың неше проценті негізгі затты алуға жұмсалатынын есептеп шығарады.

NaF

Электродты процесстердің реттілігі

Қарастырылып отырған натрий фториді балқымасының электролизі мысалында электролитте тек бір ғана катион және бір ғана анион бар, сондықтан электроиз схемасы қарапайым. Алайда электролитте жиі катион және аниондардың бірнеше түрі қатысады. Тұздардың сулы ерітінділерінде тұздың катион және аниондарынан басқа әрқашан су молекулалары қатысады. Сондықтан бірнеше электродты реакциялар жүруі мүмкін. Себебі катодта тотықсыздану реакциясы жүреді, онда ең алдымен күшті тотықтырғыштар тотықсыздануы керек, алдымен оң потенциалды реакциялар жүреді. Ион разрядтарының реттілігі кернеу қатары көмегімен орнатылады (кесте 13.1)

Кесте 13.1.

Катодтағы процестердің электролит табиғатына тәуелділігі

Электролит – тұз ерітіндісі	Тұз түзетін металл кернеу қатарында болады	Катодты пpоцесс	Стандартты потенциал, φ0 ,В
Белсенді металл тұзы	Li-ден.. Al дейін	_ 2H2O + 2e = H2 +2OH-	рН=7 кезінде -0,41
Орташа белсенділікті металл тұзы	Al кейін H дейін	Men+ + ne = Me * 2H2 O + 2e = H2 + 2OH-		-1,66 -0,41
Аз белсенділікті металл тұзы	Н кейін	Men+ + ne = Meo	> 0

* Meⁿ⁺ – металл катиондары

Анодта тотықсыздандырғыштардың тотығу реакциясы жүреді, сондықтан ең алдымен анодта теріс потенциалы бар күшті тотықсыздандырғыштар тотығуы керек. Егер металдық анод потенциалы ерітіндідегі тотықтырғыш иондарының және басқа заттардың потенциалдарынан мәні теріс болса, онда металлдың еруі жүреді. Осыдан еритін анодтың электролизі жүреді. Анодты процестердің ерекшеліктерін 13.2. кестеден көруге болады.

Кесте 13.2.
Анод және электролит табиғатына тәуелді анодтағы процестер

Анод	Электролит анионының табиғаты	Анодты процесс	Стандартты электродты потенциал, φ0 ,В
Ерімейтін (Au,Pt,PbO2,Ti, Ta, таттанбайтын болат, графит)	оттексіз: I-,Cl-,Br-,S2-,CN-...	An- - ne = Ao *	< +1,23
	оттекті NO3-,SO42-,PO43-, CO32-,...	2H2O - 4e = O2+4H+	+ 0,814
Еритін (Ag,Zn,Cd,CoFe и др.)	Кез келген анион	Me - ne = Men+	Кез келген потенциалда

*A^n- – оттексіз аниондардың белгіленуі;

A^o – қарапайым зат.
Тәжірибеде әдетте электролизге ұшырайтын еритін анод ретінде металды алады.
Тұздардың судағы ерітіндісінің электролизінің бірнеше мысалын қарастырайық.
Мысал 1. Көміртекті электродты калий сульфаты ерітіндісінің электролизі
Процесс схемасын қоямыз:

K₂SO₄

Катод (–) Анод –С (+)
тотықсыздану жүреді 2K⁺ + SO₄^2- тотығу жүреді
Н₂О

2H2O + 2e = H2 + 2OH- судың тотықсыздану потенциалы -0,41 В тең, К+ иондарының тотықсыздану потенциалы -2,925 В тең, яғни теріс, сондықтан К+ катиондары ерітіндіде қалады және катод маңайында КОН жиналады.

2H2O - 4e = O2 + 4H+; SO42- ион разрядының потенциалы +2,01 В тең, ал бейтарап ортада судың тотығу потенциалы +0,814 В тең, сондықтан SO42- иондары ерітіндіде қалады, анод маңайында H2SO4 жиналады.

Электролиздің жалпы теңдеуін ионды және молекулалық түрде құрамыз:
Электролиздің жалпы теңдеуі:
2 Н₂О + 2е = Н₂+2ОН^- 2
2Н₂ О - 4е = О₂+ 4Н⁺ 1

6Н₂О = 2Н₂ + О₂ +4ОН^- + 4Н⁺

Молекулалық теңдеу былай өрнектеледі:
2 K₂SO₄ +6Н₂О ^{электролиз} Н₂ + 4КОН + О₂+ 2Н₂SО₄


Мысал 2. Мырышты аноды бар мырыш сульфаты ерітіндісінің электролизі
Мырыш сульфатының сулы ерітіндісінде тұз иондары және су молекулалары қатысады. 1 және 2 кестелерді пайдаланып, еритін анодтың электролиз схемасын құрастырамыз. Мырыш – орташа белсенділікті металл, мырыштың стандартты электродты потенциалының электроды – 0,76В тең, сондықтан катодта екі процесс болуы мүмкін: мырыш катионың және су молекуласының тотықсыздануы. Анодта анод тотығады (Zn).
ZnSO₄
Катод (–) Анод – Zn (+)
Тотықсыздану жүреді Zn ²⁺ + SO₄^2- тотығу жүреді

Zn2+ + 2e = Zn0; φ0 = -0,76В (2Н2О + 2е = Н2 + ОН- ); (қосымша процесс)

Zn0 - 2e = Zn2+ ; φ0 = -0,41В

Тәжірибеде бұл процесс мырышты жабын алу үшін қолданылады. Себебі бөлінетін сутегі жабын сапасын төмендетеді, онда электролитке арнайы заттарды қосу арқылы катодты процесте су молекуласының тотықсыздану белсенділігі төмендейді.
Еритін анод электролизі сондай-ақ металдарды рафинирлеу (тазалау) үшін қолданылады.

Электролиз заңдары

Электролиздің сандық сипаттамасы Фарадейдің екі заңымен сипатталады.

жүктеу/скачать 2,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: