Elektroliz - bu elektr energiyasini kimyoviy energiyaga aylantirish jarayoni. Bu jarayon to'g'ridan-to'g'ri oqim ta'sirida elektrodlarda sodir bo'ladi. Eritmalar va eritmalarning elektroliz mahsulotlari nima va "elektroliz" tushunchasiga nima kiradi.
Eritilgan tuzlarning elektrolizi
Elektroliz - elektrolit eritmasidan yoki eritmasidan to'g'ridan-to'g'ri elektr toki o'tganda elektrodlarda sodir bo'ladigan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi.
Guruch. 1. Elektroliz haqida tushuncha.
Oqim ta'sirida ionlarning xaotik harakati tartibli bo'ladi. Anionlar musbat elektrodga (anod) o'tadi va u erda oksidlanib, elektronlardan voz kechadi. Kationlar manfiy qutbga (katod) o'tadi va u erda elektronlarni qabul qilib, qaytariladi.
Elektrodlar inert (platina yoki oltindan metall yoki uglerod yoki grafitdan metall bo'lmagan) yoki faol bo'lishi mumkin. Bu holda anod elektroliz jarayonida eriydi (eruvchan anod). U xrom, nikel, rux, kumush, mis va boshqalar kabi metallardan tayyorlanadi.
Erigan tuzlar, ishqorlar va oksidlarni elektroliz qilish jarayonida oddiy moddalarni hosil qilish uchun katodda metall kationlari chiqariladi. Eritma elektrolizi - natriy, kaliy, kaltsiy (erigan tuzlarning elektrolizi) va alyuminiy (eritilgan alyuminiy oksidi Al 2 O 3 ning Na 3 AlF 6 kriolitdagi elektrolizi) kabi metallarni ishlab chiqarishning sanoat usuli bo'lib, oksidni oksidga o'tkazishni osonlashtirish uchun ishlatiladi. eritma). Masalan, erigan natriy xlorid NaCl ni elektroliz qilish sxemasi quyidagicha:
NaCl Na + + Cl -
katod(-) (Na+): Na++ e= Na 0
Anod(-) (Cl -): Cl - - e= Cl 0, 2Cl 0 = Cl 2
Xulosa jarayoni:
2Na+ +2Cl- = elektroliz 2Na + 2Cl 2
2NaCl = elektroliz 2Na + Cl 2
Ishqoriy metall natriy ishlab chiqarish bilan bir vaqtda tuzni elektroliz qilish orqali xlor olinadi.
Tuz eritmalarining elektrolizi
Agar tuz eritmalari elektrolizga duchor bo'lsa, u holda tuzning dissotsiatsiyasi paytida hosil bo'lgan ionlar bilan bir qatorda suv ham elektrodlarda oksidlanishi yoki qaytarilishi mumkin.
Suvli eritmalarda elektrodlarda ionlarni tushirishning ma'lum ketma-ketligi mavjud.
1. Metallning standart elektrod potentsiali qanchalik yuqori bo'lsa, uni tiklash osonroq bo'ladi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, elektrokimyoviy kuchlanish seriyasida metall qanchalik o'ngda bo'lsa, uning ionlari katodda shunchalik oson kamayadi. Metall tuzlarining litiydan alyuminiygacha bo'lgan eritmalarini elektroliz qilishda suv molekulalari doimo katodda kamayadi:
2H 2 O+2e=H 2 +2OH-
Agar metall tuzlarining eritmalari misdan boshlab va misning o'ng tomonida elektrolizga duchor bo'lsa, katodda faqat metall kationlari kamayadi. Metall tuzlarini marganets MN dan qo'rg'oshin Pb ga elektroliz qilish jarayonida metall kationlari ham, ayrim hollarda suv ham qaytarilishi mumkin.
2. Kislotali qoldiqlarning anionlari (F-dan tashqari) anodda oksidlanadi. Agar kislorodli kislotalarning tuzlari elektrolizga uchrasa, kislotali qoldiqlarning anionlari eritmada qoladi va suv oksidlanadi:
2H 2 O-4e=O 2 +4H+
3. Agar anod eriydigan bo'lsa, u holda anodning oksidlanishi va erishi o'zi sodir bo'ladi:
Misol: natriy sulfat Na 2 SO 4 ning suvli eritmasini elektroliz qilish:
ELEKTROLIZ
Metalllarni olish usullaridan biri elektrolizdir. Faol metallar tabiatda faqat kimyoviy birikmalar holida uchraydi. Bu birikmalarni erkin holatda qanday ajratish mumkin?
Elektrolitlarning eritmalari va eritmalari elektr tokini o'tkazadi. Biroq, elektrolit eritmasidan oqim o'tkazilsa, kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'lishi mumkin. Keling, har biri tok manbasining qutblaridan biriga ulangan elektrolit eritmasiga yoki eritmasiga ikkita metall plastinka qo'yilsa nima bo'lishini ko'rib chiqaylik. Ushbu plitalar elektrodlar deb ataladi. Elektr toki - elektronlarning harakatlanuvchi oqimi. Zanjirdagi elektronlar bir elektroddan ikkinchisiga o'tganda, elektrodlarning birida ortiqcha elektronlar paydo bo'ladi. Elektronlar manfiy zaryadga ega, shuning uchun bu elektrod manfiy zaryadlangan. U katod deb ataladi. Boshqa elektrodda elektronlar tanqisligi hosil bo'ladi va u musbat zaryadlanadi. Ushbu elektrod anod deb ataladi. Eritma yoki eritmadagi elektrolitlar musbat zaryadlangan ionlarga - kationlarga va manfiy zaryadlangan ionlarga - anionlarga ajraladi. Kationlar manfiy zaryadlangan elektrod - katodga tortiladi. Anionlar musbat zaryadlangan elektrodga - anodga tortiladi. Elektrodlar yuzasida ionlar va elektronlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlar paydo bo'lishi mumkin.
Elektroliz elektrolitlar eritmalari yoki eritmalari orqali elektr toki o'tganda sodir bo'ladigan jarayonlarni anglatadi.
Eritmalarni va elektrolitlar eritmalarini elektroliz qilish jarayonida sodir bo'ladigan jarayonlar butunlay boshqacha. Keling, ushbu ikkala holatni batafsil ko'rib chiqaylik.
Eritmalarning elektrolizi
Misol tariqasida, natriy xlorid eritmasining elektrolizini ko'rib chiqing. Eritmada natriy xlorid ionlarga ajraladi Na+
va Cl - : NaCl = Na + + Cl -
Natriy kationlari manfiy zaryadlangan elektrod - katod yuzasiga o'tadi. Katod yuzasida ortiqcha elektronlar mavjud. Shuning uchun elektronlar elektrod yuzasidan natriy ionlariga o'tadi. Bunday holda, ionlar Na+ natriy atomlariga aylanadi, ya'ni kationlarning qaytarilishi sodir bo'ladi Na+ . Jarayon tenglamasi:
Na + + e - = Na
Xlorid ionlari Cl - musbat zaryadlangan elektrod - anod yuzasiga o'ting. Anod yuzasida elektronlar etishmasligi hosil bo'ladi va elektronlar anionlardan o'tkaziladi Cl- elektrod yuzasiga. Shu bilan birga, manfiy zaryadlangan ionlar Cl- xlor atomlariga aylanadi va ular darhol xlor molekulalarini hosil qilish uchun C hosil qiladi l 2:
2S l - -2e - = Cl 2
Xlorid ionlari elektronlarini yo'qotadi, ya'ni oksidlanadi.
Keling, katod va anodda sodir bo'ladigan jarayonlar tenglamalarini birgalikda yozamiz
Na + + e - = Na
2 C l - -2 e - = Cl 2
Bir elektron natriy kationlarining qaytarilishida, 2 ta elektron xlor ionlarining oksidlanishida ishtirok etadi. Lekin elektr zaryadining saqlanish qonuniga rioya qilish kerak, ya'ni eritmadagi barcha zarrachalarning umumiy zaryadi doimiy bo'lishi kerak.Shuning uchun natriy kationlarining qaytarilishida ishtirok etuvchi elektronlar soni elektronlar soniga teng bo'lishi kerak. xlorid ionlarining oksidlanishida ishtirok etadi.Shuning uchun birinchi tenglamani 2 ga ko'paytiramiz:
Na + + e - = Na 2
2S l - -2e - = Cl 2 1
Ikkala tenglamani birga qo‘shib, umumiy reaksiya tenglamasini olamiz.
2 Na + + 2S l - = 2 Na + Cl 2 (ionli reaksiya tenglamasi), yoki
2 NaCl = 2 Na + Cl 2 (molekulyar reaksiya tenglamasi)
Shunday qilib, ko'rib chiqilgan misolda biz elektrolizning oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi ekanligini ko'ramiz. Katodda musbat zaryadlangan ionlar - kationlarning kamayishi, anodda esa manfiy zaryadlangan ionlar - anionlarning oksidlanishi sodir bo'ladi. “T qoidasi” yordamida qaysi jarayon sodir bo'lishini eslab qolishingiz mumkin:
katod - kation - qaytarilish.
2-misol.Eritilgan natriy gidroksidning elektrolizi.
Eritmadagi natriy gidroksid kationlar va gidroksid ionlariga ajraladi.
Katod (-)<-- Na + + OH - à Анод (+)
Katod yuzasida natriy kationlari kamayadi va natriy atomlari hosil bo'ladi:
katod (-) Na + +e à Na
Anod yuzasida gidroksid ionlari oksidlanadi, kislorod chiqariladi va suv molekulalari hosil bo'ladi:
katod (-) Na + + e à Na
anod (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2
Natriy kationlarining qaytarilish reaksiyasida va gidroksid ionlarining oksidlanish reaksiyasida ishtirok etuvchi elektronlar soni bir xil bo‘lishi kerak. Shunday qilib, birinchi tenglamani 4 ga ko'paytiramiz:
katod (-) Na + + e à Na 4
anod (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2 1
Keling, ikkala tenglamani qo'shib, elektroliz reaktsiyasi tenglamasini olamiz:
4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2
3-misol.Eritmaning elektrolizlanishini ko'rib chiqing Al2O3
Ushbu reaksiya yordamida alyuminiy boksitdan, alyuminiy oksidi ko'p bo'lgan tabiiy birikmadan olinadi. Alyuminiy oksidining erish nuqtasi juda yuqori (2000º C dan yuqori), shuning uchun erish nuqtasini 800-900º S ga tushirish uchun unga maxsus qo'shimchalar qo'shiladi. Eritmada alyuminiy oksidi ionlarga ajraladi. Al 3+ va O 2- . H va katodda kationlar kamayadi Al 3+ , alyuminiy atomlariga aylanadi:
Al +3 e à Al
Anionlar anodda oksidlanadi O2- , kislorod atomlariga aylanadi. Kislorod atomlari darhol O2 molekulalariga birlashadi:
2 O 2- – 4 e à O 2
Alyuminiy kationlarining qaytarilishi va kislorod ionlarining oksidlanishi jarayonlarida ishtirok etadigan elektronlar soni teng bo'lishi kerak, shuning uchun birinchi tenglamani 4 ga, ikkinchisini esa 3 ga ko'paytiramiz:
Al 3+ +3 e à Al 0 4
2 O 2- – 4 e à O 2 3
Keling, ikkala tenglamani qo'shamiz va olamiz
4 Al 3+ + 6 O 2- à 4 Al 0 +3 O 2 0 (ionli reaksiya tenglamasi)
2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2
Eritmalarni elektroliz qilish
Suvli elektrolitlar eritmasi orqali elektr toki o'tgan taqdirda, masalani eritmada elektronlar bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin bo'lgan suv molekulalari mavjudligi bilan murakkablashadi. Eslatib o'tamiz, suv molekulasida vodorod va kislorod atomlari qutbli kovalent bog' bilan bog'langan. Kislorodning elektromanfiyligi vodorodnikidan kattaroqdir, shuning uchun umumiy elektron juftlari kislorod atomiga moyil bo'ladi. Kislorod atomida d- deb belgilangan qisman manfiy zaryad, vodorod atomlarida esa d+ deb belgilangan qisman musbat zaryad paydo bo'ladi.
δ+
N-O d-
│
H d+
Zaryadlarning bunday siljishi tufayli suv molekulasi ijobiy va salbiy "qutblarga" ega. Shuning uchun suv molekulalari musbat zaryadlangan qutb orqali manfiy zaryadlangan elektrodga - katodga, manfiy qutb orqali esa musbat zaryadlangan elektrodga - anodga tortilishi mumkin. Katodda suv molekulalarining kamayishi sodir bo'lishi mumkin va vodorod ajralib chiqadi:
Anodda suv molekulalarining oksidlanishi sodir bo'lib, kislorod ajralib chiqishi mumkin:
2 H 2 O - 4e - = 4H + + O 2
Shuning uchun katodda elektrolit kationlari yoki suv molekulalari qaytarilishi mumkin. Bu ikki jarayon bir-biri bilan raqobatlashayotganga o'xshaydi. Katodda qanday jarayon sodir bo'lishi metallning tabiatiga bog'liq. Metall kationlari yoki suv molekulalarining katodda qisqarishi metallning joylashishiga bog'liq. metall kuchlanish diapazoni .
Li K Na Ca Mg Al ¦¦ Zn Fe Ni Sn Pb (H 2) ¦¦ Cu Hg Ag Au
Agar metall vodorodning o'ng tomonidagi kuchlanish qatorida bo'lsa, katodda metall kationlari kamayadi va erkin metall ajralib chiqadi. Agar metall alyuminiyning chap tomonidagi kuchlanish qatorida bo'lsa, katodda suv molekulalari kamayadi va vodorod chiqariladi. Nihoyat, ruxdan qo'rg'oshingacha bo'lgan metall kationlari holatida metall evolyutsiyasi yoki vodorod evolyutsiyasi sodir bo'lishi mumkin va ba'zan vodorod va metall evolyutsiyasi bir vaqtning o'zida sodir bo'lishi mumkin. Umuman olganda, bu juda murakkab holat, ko'p narsa reaktsiya sharoitlariga bog'liq: eritma konsentratsiyasi, elektr toki va boshqalar.
Anodda ikkita jarayondan biri ham sodir bo'lishi mumkin - elektrolitlar anionlarining oksidlanishi yoki suv molekulalarining oksidlanishi. Qaysi jarayon aslida sodir bo'lishi anionning tabiatiga bog'liq. Kislorodsiz kislotalarning tuzlarini yoki kislotalarning o'zlarini elektroliz qilish jarayonida anionlar anodda oksidlanadi. Faqatgina istisno ftorid ionidir F- . Kislorodli kislotalar bo'lsa, suv molekulalari anodda oksidlanadi va kislorod chiqariladi.
1-misol.Natriy xloridning suvli eritmasining elektrolizlanishini ko'rib chiqamiz.
Natriy xloridning suvli eritmasi natriy kationlarini o'z ichiga oladi Na +, xlor anionlari Cl - va suv molekulalari.
2 NaCl à 2 Na + + 2 Cl -
2H 2 O à 2 H + + 2 OH -
katod (-) 2 Na +; 2H+; 2N + + 2e a N 0 2
anod (+) 2 Cl - ; 2 OH -; 2 Cl - – 2e à 2 Cl 0
2NaCl + 2H 2 O à H 2 + Cl 2 + 2NaOH
Kimyoviy faoliyat anionlar ehtimoldan yiroq emas kamayadi.
2-misol.Va agar tuz tarkibida bo'lsa SO 4 2- ? Keling, nikel sulfat eritmasining elektrolizini ko'rib chiqaylik ( II ). Nikel sulfat ( II ) ionlarga dissotsiatsiyalanadi Ni 2+ va SO 4 2-:
NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-
H 2 O à H + + OH -
Nikel kationlari metall ionlari orasida joylashgan Al 3+ va Pb 2+ , kuchlanish seriyasida o'rta pozitsiyani egallagan holda, katodda tiklanish jarayoni ikkala sxema bo'yicha ham sodir bo'ladi:
2 H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -
Kislorodli kislotalarning anionlari anodda oksidlanmaydi ( anion faollik seriyasi ), suv molekulalarining oksidlanishi sodir bo'ladi:
anod e à O 2 + 4H +
Keling, katod va anodda sodir bo'ladigan jarayonlar tenglamalarini birgalikda yozamiz:
katod (-) Ni 2+ ; H+; Ni 2+ + 2e a Ni 0
2 H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -
anod (+) SO 4 2- ; OH - ;2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H +
Qaytarilish jarayonlarida 4 ta elektron, oksidlanish jarayonlarida ham 4 ta elektron ishtirok etadi. Keling, ushbu tenglamalarni qo'shamiz va umumiy reaktsiya tenglamasini olamiz:
Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + 2OH - + O 2 + 4 H +
Tenglamaning o'ng tomonida H + va ikkalasi ham mavjud OH- , ular suv molekulalarini hosil qilish uchun birlashadilar:
H + + OH - à H 2 O
Shuning uchun tenglamaning o'ng tomonida 4 H + ionlari va 2 ionlari o'rniga OH- 2 ta suv molekulasi va 2 H + ionini yozamiz:
Ni 2+ +2 H 2 O + 2 H 2 O à Ni 0 + H 2 +2 H 2 O + O 2 + 2 H +
Keling, tenglamaning ikkala tomonidagi ikkita suv molekulasini kamaytiramiz:
Ni 2+ +2 H 2 O à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2 H +
Bu qisqa ionli tenglama. To'liq ionli tenglamani olish uchun siz ikkala tomonga sulfat ionini qo'shishingiz kerak SO 4 2- , nikel sulfatning dissotsiatsiyasi paytida hosil bo'lgan ( II ) va reaksiyada qatnashmagan:
Ni 2+ + SO 4 2- +2H 2 O à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2H + + SO 4 2-
Shunday qilib, nikel sulfat eritmasini elektroliz qilish paytida ( II ) katodda vodorod va nikel, anodda esa kislorod ajralib chiqadi.
NiSO 4 + 2H 2 O à Ni + H 2 + H 2 SO 4 + O 2
3-misol. Natriy sulfatning suvli eritmasini inert anod bilan elektroliz qilish jarayonida sodir bo'ladigan jarayonlar tenglamalarini yozing.
Standart elektrod tizimining potentsiali Na + + e = Na 0 neytral suvli muhitdagi (-0,41 V) suvli elektrodning potentsialidan sezilarli darajada salbiyroqdir.Shuning uchun katodda suvning elektrokimyoviy qisqarishi sodir bo'ladi va vodorod ajralib chiqishi bilan birga keladi.
2H 2 O à 2 H + + 2 OH -
va Na ionlari + katodga kelgan eritmaning unga tutash qismida (katod bo'shlig'ida) to'planadi.
Anodda suvning elektrokimyoviy oksidlanishi sodir bo'lib, kislorodning chiqishiga olib keladi.
2 H 2 O – 4e à O 2 + 4 H +
chunki bu tizimga mos keladi standart elektrod potentsiali (1,23 V) tizimni tavsiflovchi standart elektrod potentsialidan (2,01 V) sezilarli darajada past.
2 SO 4 2- + 2 e = S 2 O 8 2-.
SO 4 2- ionlari elektroliz paytida anod tomon harakatlanayotganda anod bo'shlig'ida to'planadi.
Katodik jarayon tenglamasini ikkiga ko'paytirib, uni anodik jarayon tenglamasi bilan qo'shib, elektroliz jarayonining umumiy tenglamasini olamiz:
6 H 2 O = 2 H 2 + 4 OH - + O 2 + 4 H +
Katod fazoda ionlar va anod fazoda bir vaqtda to‘planishini hisobga olib, jarayonning umumiy tenglamasini quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin:
6H 2 O + 2Na 2 SO 4 = 2H 2 + 4Na + + 4OH - + O 2 + 4H + + 2SO 4 2-
Shunday qilib, vodorod va kislorodning chiqishi bilan bir vaqtda natriy gidroksid (katod bo'shlig'ida) va sulfat kislota (anod bo'shlig'ida) hosil bo'ladi.
4-misol.Mis sulfat eritmasining elektrolizi ( II) CuSO 4 .
Katod (-)<-- Cu 2+ + SO 4 2- à анод (+)
katod (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2
anod (+) 2H 2 O – 4 e à O 2 + 4H + 1
Eritmada H+ ionlari qoladi SO 4 2- , chunki sulfat kislota to'planadi.
2CuSO 4 + 2H 2 O à 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2
5-misol. Mis xlorid eritmasining elektrolizi ( II) CuCl 2.
Katod (-)<-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)
katod (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0
anod (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2
Ikkala tenglama ikkita elektronni o'z ichiga oladi.
Cu 2+ + 2e à Cu 0 1
2Cl - --– 2e à Cl 2 1
Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (ionli tenglama)
CuCl 2 a Cu + Cl 2 (molekulyar tenglama)
6-misol. Kumush nitrat eritmasini elektroliz qilish AgNO3.
Katod (-)<-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)
katod (-) Ag + + e à Ag 0
anod (+) 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 (ionli tenglama)
4 Ag + + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 H + + O 2 + 4 YO'Q 3 - (to'liq ionli tenglama)
4 AgNO 3 + 2 H 2 Oà 4 Ag 0 + 4 HNO 3 + O 2 (molekulyar tenglama)
7-misol. Xlorid kislota eritmasining elektroliziHCl.
Katod (-)<-- H + + Cl - à anod (+)
katod (-) 2H + + 2 eà H 2
anod (+) 2Cl - – 2 eà Cl 2
2 H + + 2 Cl - à H 2 + Cl 2 (ionli tenglama)
2 HClà H 2 + Cl 2 (molekulyar tenglama)
8-misol. Sulfat kislota eritmasining elektroliziH 2 SO 4 .
katod (-) <-- 2H + + SO 4 2- à anod (+)
katod (-)2H+ + 2eà H 2
anod(+) 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
Misol 9. Kaliy gidroksid eritmasini elektroliz qilishKOH.
Katod (-)<-- K + + OH - à anod (+)
Kaliy kationlari katodda kamaymaydi, chunki kaliy alyuminiyning chap tomonidagi metallarning kuchlanish qatorida bo'ladi; buning o'rniga suv molekulalarining qisqarishi sodir bo'ladi:
2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 4OH - -4eà 2H 2 O +O 2
katod(-) 2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 2
anod(+) 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
10-misol. Kaliy nitrat eritmasini elektroliz qilishKNO 3 .
katod (-) <-- K + + NO 3 - à anod (+)
2H 2 O + 2eà H 2 +2OH - 2H 2 O – 4eà O2+4H+
katod(-) 2H 2 O + 2eà H2+2OH-2
anod(+) 2H 2 O – 4eà O2 + 4H+1
4H 2 O + 2H 2 Oà 2H 2 + 4OH - + 4H ++ O2
2H2Oà 2H2 + O2
Elektr toki kislorodli kislotalar, gidroksidi va kislorodli kislotalarning tuzlari eritmalari orqali alyuminiyning chap tomonidagi metallarning kuchlanish qatorida joylashgan metallar bilan o'tkazilsa, suvning elektrolizlanishi amalda sodir bo'ladi. Bunda katodda vodorod, anodda esa kislorod chiqariladi.
Xulosa. Elektrolitlarning suvli eritmalarini elektroliz qilish mahsulotlarini aniqlashda eng oddiy hollarda quyidagi fikrlarga amal qilish mumkin:
1.Standart potentsialning kichik algebraik qiymatiga ega bo'lgan metall ionlari - danLi + oldinAl 3+ inklyuziv - elektronlarni qayta qo'shish tendentsiyasi juda zaif, bu ionlardan pastroqdir.H + (sm. Kation faolligi seriyasi). Ushbu kationlarni o'z ichiga olgan birikmalarning suvli eritmalarini elektroliz qilish jarayonida ionlar katodda oksidlovchi vosita vazifasini bajaradi.H + , sxema bo'yicha tiklash:
2 H 2 O+ 2 eà H 2 + 2OH -
2. Standart potentsiallarning ijobiy qiymatlariga ega bo'lgan metall kationlari (Cu 2+ , Ag + , Hg 2+ va boshqalar) ionlarga nisbatan elektronlarni qo'shishga ko'proq moyil bo'ladi. Ularning tuzlarining suvli eritmalarini elektroliz qilish jarayonida katoddagi oksidlovchi moddaning funktsiyasi ushbu kationlar tomonidan chiqariladi, shu bilan birga sxema bo'yicha metallga qaytariladi, masalan:
Cu 2+ +2 eà Cu 0
3. Metall tuzlarining suvli eritmalarini elektroliz qilishdaZn, Fe, CD, Niva hokazo, sanab o'tilgan guruhlar orasidagi kuchlanish seriyasida o'rta pozitsiyani egallagan holda, katodda pasayish jarayoni ikkala sxema bo'yicha ham sodir bo'ladi. Bu holatlarda chiqarilgan metallning massasi oqayotgan elektr toki miqdoriga mos kelmaydi, uning bir qismi vodorod hosil bo'lishiga sarflanadi.
4. Elektrolitlar, monoatomik anionlarning suvli eritmalarida (Cl - , Br - , J - ), kislorodli anionlar (YO'Q 3 - , SO 4 2- , P.O. 4 3- va boshqalar), shuningdek suvning gidroksil ionlari. Ulardan galoid ionlari bundan mustasno, kuchliroq qaytaruvchi xususiyatlarga egaF. IonlarOHular va ko'p atomli anionlar o'rtasida oraliq pozitsiyani egallaydi. Shuning uchun, suvli eritmalar elektroliz paytidaHCl, HBr, H.J.yoki ularning tuzlari anodda bo'lsa, galoid ionlarining oksidlanishi quyidagi sxema bo'yicha sodir bo'ladi:
2 X - -2 eà X 2 0
Sulfatlar, nitratlar, fosfatlar va boshqalarning suvli eritmalarini elektroliz qilish jarayonida. Qaytaruvchi vosita vazifasini quyidagi sxema bo'yicha oksidlovchi ionlar bajaradi:
4 HOH – 4 eà 2 H 2 O + O 2 + 4 H +
.
Vazifalar.
Z A yozgi uy 1. Mis sulfat eritmasini elektroliz qilish jarayonida katodda 48 g mis ajralib chiqdi. Anodda ajralib chiqqan gaz hajmini va eritmada hosil bo'lgan sulfat kislotaning massasini toping.
Eritmadagi mis sulfat ionlarni ajratmaydiC 2+ vaS0 4 2 ".
CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "
Katod va anodda sodir bo'ladigan jarayonlar tenglamalarini yozamiz. Katodda Cu kationlari kamayadi va anodda suv elektrolizi sodir bo'ladi:
Cu 2+ +2e- = Cu12
2H 2 0-4e- = 4H + + 0 2 |1
Elektrolizning umumiy tenglamasi:
2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + 4H+ + O2 (qisqa ionli tenglama)
Tenglamaning har ikki tomoniga mis sulfat dissotsiatsiyasida hosil bo‘ladigan 2 ta sulfat ionini qo‘shamiz va to‘liq ionli tenglamani olamiz:
2Cu2+ + 2S042" + 2H20 = 2Cu + 4H+ + 2SO4 2" + O2
2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2
Anodda chiqarilgan gaz kisloroddir. Eritmada sulfat kislota hosil bo'ladi.
Misning molyar massasi 64 g/mol, mis moddasining miqdorini hisoblaymiz:
Reaksiya tenglamasiga ko'ra, katodda 2 mol mis ajralib chiqqanda, anodda 1 mol kislorod ajralib chiqadi. Katodda 0,75 mol mis ajralib chiqadi, anodda x mol kislorod ajratilsin. Keling, nisbatni tuzamiz:
2/1=0,75/x, x=0,75*1/2=0,375mol
Anodda 0,375 mol kislorod ajralib chiqdi,
v(O2) = 0,375 mol.
Chiqarilgan kislorod hajmini hisoblaymiz:
V(O2) = v(O2) «VM = 0,375 mol «22,4 l/mol = 8,4 l
Reaksiya tenglamasiga ko'ra, katodda 2 mol mis ajralib chiqqanda, eritmada 2 mol sulfat kislota hosil bo'ladi, ya'ni katodda 0,75 mol mis ajralib chiqsa, u holda 0,75 mol sulfat kislota hosil bo'ladi. eritmada v(H2SO4) = 0,75 mol . Sulfat kislotaning molyar massasini hisoblaymiz:
M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98 g/mol.
Sulfat kislotaning massasini hisoblaymiz:
m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0,75 mol «98 g/mol = 73,5 g.
Javob: Anodda 8,4 litr kislorod ajratildi; Probirkada 73,5 g sulfat kislota hosil bo'ldi
Masala 2. Tarkibida 111,75 g kaliy xlorid bo‘lgan suvli eritma elektroliz qilinganda katod va anodda ajralib chiqadigan gazlar hajmini toping. Eritmada qanday modda hosil bo'lgan? Uning massasini toping.
Eritmadagi kaliy xlorid K+ va Cl ionlariga ajraladi:
2KS1 =K+ + Sl
Katodda kaliy ionlari kamaymaydi, aksincha, suv molekulalari kamayadi. Anodda xlorid ionlari oksidlanadi va xlor ajralib chiqadi:
2H2O + 2e" = H2 + 20H-|1
2SG-2e" = C12|1
Elektrolizning umumiy tenglamasi:
2SGl+ 2N2O = N2 + 2ON" + S12 (qisqa ionli tenglama) Eritmada kaliy xloridning dissotsilanishida hosil bo'lgan va reaksiyada qatnashmaydigan K+ ionlari ham mavjud:
2K+ + 2Cl + 2H20 = H2 + 2K+ + 2OH" + C12
Tenglamani molekulyar shaklda qayta yozamiz:
2KS1 + 2H2O = H2 + C12 + 2KON
Katodda vodorod, anodda xlor, eritmada kaliy gidroksid hosil bo'ladi.
Eritmada 111,75 g kaliy xlorid bor edi.
Kaliy xloridning molyar massasini hisoblaymiz:
M(KS1) = 39+35,5 = 74,5 g/mol
Kaliy xlorid miqdorini hisoblaymiz:
Reaksiya tenglamasiga ko'ra, 2 mol kaliy xlorid elektroliz paytida 1 mol xlor ajralib chiqadi. 1,5 mol kaliy xloridni elektroliz qilish natijasida x mol xlor hosil bo'lsin. Keling, nisbatni tuzamiz:
2/1=1,5/x, x=1,5 /2=0,75 mol
0,75 mol xlor ajralib chiqadi, v(C!2) = 0,75 mol. Reaksiya tenglamasiga ko'ra, anodda 1 mol xlor ajralib chiqqanda, katodda 1 mol vodorod ajralib chiqadi. Shuning uchun anodda 0,75 mol xlor ajralib chiqsa, katodda 0,75 mol vodorod ajralib chiqadi, v(H2) = 0,75 mol.
Anodda chiqarilgan xlor hajmini hisoblaymiz:
V(C12) = v(Cl2)-VM = 0,75 mol «22,4 l/mol = 16,8 l.
Vodorodning hajmi xlorning hajmiga teng:
Y (H2) = Y (C12) = 16,8 l.
Reaksiya tenglamasiga ko‘ra, 2 mol kaliy xlorid elektrolizlanganda 2 mol kaliy gidroksid hosil bo‘ladi, ya’ni 0,75 mol kaliy xlorid elektroliz qilinganda 0,75 mol kaliy gidroksid hosil bo‘ladi. Kaliy gidroksidning molyar massasini hisoblaymiz:
M(KOH) = 39+16+1 - 56 g/mol.
Kaliy gidroksidning massasini hisoblaymiz:
m(KOH) = v(KOH>M(KOH) = 0,75 mol-56 g/mol = 42 g.
Javob: Katodda 16,8 litr vodorod, anodda 16,8 litr xlor, eritmada 42 g kaliy gidroksid hosil bo'ldi.
Masala 3. 19 g ikki valentli metall xlorid eritmasini elektroliz qilishda anodda 8,96 litr xlor ajralib chiqdi. Qaysi metall xlorid elektrolizga uchraganligini aniqlang. Katodda ajraladigan vodorod hajmini hisoblang.
Noma'lum metall M ni belgilaymiz, uning xlorid formulasi MC12. Anodda xlorid ionlari oksidlanadi va xlor ajralib chiqadi. Shartda aytilishicha, vodorod katodda chiqariladi, shuning uchun suv molekulalarining qisqarishi sodir bo'ladi:
2N20 + 2e- = N2 + 2OH|1
2Cl -2e" = C12! 1
Elektrolizning umumiy tenglamasi:
2Cl + 2H2O = H2 + 2OH" + C12 (qisqa ionli tenglama)
Eritmada M2+ ionlari ham mavjud bo‘lib, ular reaksiya jarayonida o‘zgarmaydi. Reaksiyaning to‘liq ionli tenglamasini yozamiz:
2SG + M2+ + 2H2O = H2 + M2+ + 2OH- + C12
Reaksiya tenglamasini molekulyar shaklda qayta yozamiz:
MC12 + 2H2O - H2 + M(OH)2 + C12
Anodda chiqarilgan xlor miqdorini topamiz:
Reaksiya tenglamasiga ko'ra, noma'lum metallning 1 mol xloridini elektroliz qilishda 1 mol xlor ajralib chiqadi. Agar 0,4 mol xlor ajralib chiqqan bo'lsa, u holda 0,4 mol metall xlorid elektrolizga duchor bo'ldi. Metall xloridning molyar massasini hisoblaymiz:
Noma'lum metall xloridning molyar massasi 95 g / mol. Ikki xlor atomida 35,5"2 = 71 g/mol bor. Shuning uchun metallning molyar massasi 95-71 = 24 g / mol. Magniy bu molyar massaga mos keladi.
Reaksiya tenglamasiga ko'ra, anodda ajraladigan 1 mol xlor uchun katodda 1 mol vodorod ajralib chiqadi. Bizning holatimizda anodda 0,4 mol xlor ajralib chiqdi, ya'ni katodda 0,4 mol vodorod ajralib chiqdi. Vodorodning hajmini hisoblaymiz:
V(H2) = v(H2>VM = 0,4 mol «22,4 l/mol = 8,96 l.
Javob: magniy xlorid eritmasi elektrolizga duchor bo'ldi; Katodda 8,96 litr vodorod ajralib chiqdi.
*Muammo 4. Konsentratsiyasi 15% bo‘lgan 200 g kaliy sulfat eritmasini elektroliz qilishda anodda 14,56 litr kislorod ajralib chiqdi. Elektroliz oxirida eritmaning konsentratsiyasini hisoblang.
Kaliy sulfat eritmasida suv molekulalari katodda ham, anodda ham reaksiyaga kirishadi:
2N20 + 2e" = N2 + 20N-|2
2H2O - 4e" = 4H+ + O2! 1
Keling, ikkala tenglamani birga qo'shamiz:
6H2O = 2H2 + 4OH" + 4H+ + O2, yoki
6H2O = 2H2 + 4H2O + O2, yoki
2H2O = 2H2 + 02
Aslida, kaliy sulfat eritmasining elektrolizi sodir bo'lganda, suvning elektrolizi sodir bo'ladi.
Eritmadagi erigan moddaning konsentratsiyasi quyidagi formula bilan aniqlanadi:
S=m(erigan) 100% / m(eritma)
Elektroliz oxirida kaliy sulfat eritmasining konsentratsiyasini topish uchun kaliy sulfatning massasini va eritmaning massasini bilish kerak. Reaksiya jarayonida kaliy sulfatning massasi o'zgarmaydi. Dastlabki eritmadagi kaliy sulfatning massasini hisoblaymiz. Dastlabki eritmaning konsentratsiyasini C deb belgilaymiz
m (K2S04) = C2 (K2S04) m (eritma) = 0,15 200 g = 30 g.
Suvning bir qismi vodorod va kislorodga aylanishi natijasida elektroliz jarayonida eritmaning massasi o'zgaradi. Chiqarilgan kislorod miqdorini hisoblaymiz:
(O 2)=V(O2) / Vm =14,56l / 22,4l/mol=0,65mol
Reaksiya tenglamasiga ko'ra, 2 mol suv 1 mol kislorod hosil qiladi. x mol suvning parchalanishida 0,65 mol kislorod ajralib chiqsin. Keling, nisbatni tuzamiz:
1,3 mol suv parchalangan, v(H2O) = 1,3 mol.
Keling, suvning molyar massasini hisoblaymiz:
M (H2O) = 1-2 + 16 = 18 g / mol.
Keling, parchalangan suvning massasini hisoblaylik:
m(H2O) = v(H2O>M(H2O) = 1,3 mol* 18 g/mol = 23,4 g.
Kaliy sulfat eritmasining massasi 23,4 g ga kamaydi va 200-23,4 = 176,6 g ga teng bo'ldi.Endi elektroliz oxirida kaliy sulfat eritmasining konsentratsiyasini hisoblab chiqamiz:
C2 (K2 SO4)=m(K2 SO4) 100% / m(eritma)=30g 100% / 176,6g=17%
Javob: elektroliz oxirida eritmaning konsentratsiyasi 17% ni tashkil qiladi.
*5-topshiriq. 188,3 g natriy va kaliy xloridlar aralashmasi suvda eritildi va hosil bo'lgan eritmadan elektr toki o'tkazildi. Elektroliz jarayonida katodda 33,6 litr vodorod ajralib chiqdi. Aralashmaning tarkibini og'irlik bo'yicha foiz sifatida hisoblang.
Kaliy va natriy xloridlar aralashmasi suvda eritilgandan so'ng, eritmada K+, Na+ va Cl- ionlari bo'ladi. Katodda kaliy ionlari ham, natriy ionlari ham kamaymaydi, suv molekulalari kamayadi. Anodda xlorid ionlari oksidlanadi va xlor ajralib chiqadi:
Tenglamalarni molekulyar shaklda qayta yozamiz:
2KS1 + 2N20 = N2 + C12 + 2KON
2NaCl + 2H2O = H2 + C12 + 2NaOH
Aralashma tarkibidagi kaliy xlorid miqdorini x mol bilan, natriy xlorid miqdorini mol bilan belgilaymiz. Reaksiya tenglamasiga ko'ra, 2 mol natriy yoki kaliy xlorid elektroliz paytida 1 mol vodorod ajralib chiqadi. Shuning uchun x mol kaliy xloridni elektrolizlashda x/2 yoki 0,5x mol vodorod, x mol natriy xloridni elektroliz qilishda esa 0,5y mol vodorod hosil bo'ladi. Aralashmaning elektrolizi paytida ajraladigan vodorod miqdori topilsin:
Tenglama tuzamiz: 0,5x + 0,5y = 1,5
Kaliy va natriy xloridlarning molyar massalarini hisoblaymiz:
M(KS1) = 39+35,5 = 74,5 g/mol
M(NaCl) = 23+35,5 = 58,5 g/mol
Kaliy xloridning x mol massasi quyidagilarga teng:
m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = x mol-74,5 g/mol = 74,5x g.
Bir mol natriy xloridning massasi:
m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = y mol-74,5 g/mol = 58,5y g.
Aralashmaning massasi 188,3 g, keling, ikkinchi tenglamani tuzamiz:
74,5x + 58,5y= 188,3
Shunday qilib, biz ikkita noma'lumli ikkita tenglama tizimini yechamiz:
0,5(x + y)= 1,5
74,5x + 58,5y=188,3g
Birinchi tenglamadan x ni ifodalaymiz:
x + y = 1,5/0,5 = 3,
x = 3-y
Ushbu x qiymatini ikkinchi tenglamaga almashtirsak, biz quyidagilarni olamiz:
74,5-(3-y) + 58,5y= 188,3
223,5-74,5y + 58,5y= 188,3
-16u = -35,2
y = 2,2 100% / 188,3g = 31,65%
Natriy xloridning massa ulushini hisoblaymiz:
w(NaCl) = 100% - w(KCl) = 68,35%
Javob: aralashmada 31,65% kaliy xlorid va 68,35% natriy xlorid mavjud.
Kimyoviy masalalarni yechish
Faraday qonunidan xabardor
o'rta maktab
Muallifning rivojlanishi
Turli xil kimyoviy masalalarning xilma-xilligi orasida, maktabdagi o'qitish amaliyoti shuni ko'rsatadiki, eng katta qiyinchiliklarni hal qilish uchun qattiq kimyoviy bilimlardan tashqari, fizika kursi materialini yaxshi bilishni talab qiladigan muammolar yuzaga keladi. Garchi har bir o'rta maktab ikkita kurs - kimyo va fizika bilimlaridan foydalangan holda eng oddiy muammolarni hal qilishga e'tibor bermasa ham, bunday turdagi muammolar ba'zan kimyo asosiy fan bo'lgan universitetlarga kirish imtihonlarida topiladi. Shu sababli, o'qituvchi darsda bunday turdagi muammolarni o'rganmasdan, o'z talabasini kimyo yo'nalishi bo'yicha universitetga kirish imkoniyatidan beixtiyor mahrum qilishi mumkin.
Ushbu muallifning ishlanmasi "Elektroliz" mavzusiga oid yigirmadan ortiq vazifalarni o'z ichiga oladi. Ushbu turdagi muammolarni hal qilish uchun nafaqat maktab kimyo kursining "Elektroliz" mavzusini yaxshi bilish, balki maktab fizikasi kursida o'rganiladigan Faraday qonunini ham bilish kerak.
Ehtimol, ushbu muammolar tanlovi sinfdagi barcha o'quvchilarni qiziqtirmaydi yoki hamma uchun ochiq bo'lmaydi. Shunga qaramay, ushbu turdagi vazifalarni qiziqqan talabalar guruhi bilan davra yoki tanlov darsida muhokama qilish tavsiya etiladi. Ishonch bilan ta'kidlash mumkinki, ushbu turdagi muammolar murakkab va, hech bo'lmaganda, maktab kimyo kursi uchun xos emas (biz o'rta maktab haqida gapiramiz) va shuning uchun ushbu turdagi muammolarni ishonchli tarzda versiyalarga kiritish mumkin. 10 yoki 11-sinflar uchun maktab yoki tuman kimyo olimpiadasi.
Har bir muammoning batafsil yechimiga ega bo'lish, ishlanmani, ayniqsa, boshlang'ich o'qituvchilar uchun qimmatli vositaga aylantiradi. Tanlov darsi yoki klub darsi davomida talabalar bilan bir nechta muammolarni boshdan kechirgan ijodiy o'qituvchi, albatta, uyda bir nechta shunga o'xshash muammolarni belgilaydi va bu ishlanmadan uy vazifalarini tekshirish jarayonida foydalanadi, bu esa o'qituvchining bebaho vaqtini sezilarli darajada tejaydi.
Muammo bo'yicha nazariy ma'lumotlar
Eritma yoki erigan elektrolitga joylashtirilgan elektrodlarda elektr toki ta'sirida sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiyalar elektroliz deb ataladi. Keling, bir misolni ko'rib chiqaylik.
Taxminan 700 ° C haroratda bir stakan ichida natriy xlorid NaCl eritmasi mavjud, unga elektrodlar botiriladi. Eritma orqali elektr toki o'tishidan oldin Na + va Cl - ionlari tartibsiz harakat qiladi, lekin elektr toki qo'llanilganda, bu zarralarning harakati tartibli bo'ladi: Na + ionlari manfiy zaryadlangan elektrod tomon shoshiladi va Cl – musbat zaryadlangan elektrod tomon ionlar.
Va u- zaryadlangan atom yoki zaryadga ega bo'lgan atomlar guruhi.
Kation- musbat zaryadlangan ion.
Anion- manfiy zaryadlangan ion.
katod– manfiy zaryadlangan elektrod (musbat zaryadlangan ionlar – kationlar) unga qarab harakatlanadi.
Anod– musbat zaryadlangan elektrod (manfiy zaryadlangan ionlar – anionlar) unga qarab harakatlanadi.
Platina elektrodlarida natriy xlorid eritmasining elektrolizi
Umumiy reaktsiya:
Natriy xloridning suvli eritmasini uglerod elektrodlarida elektroliz qilish
Umumiy reaktsiya:
yoki molekulyar shaklda:
Mis (II) xloridning suvli eritmasini uglerod elektrodlarida elektroliz qilish
Umumiy reaktsiya:
Metall faoliyatining elektrokimyoviy seriyasida mis vodorodning o'ng tomonida joylashgan, shuning uchun mis katodda kamayadi va xlor anodda oksidlanadi.
Natriy sulfatning suvli eritmasini platina elektrodlarida elektroliz qilish
Umumiy reaktsiya:
Kaliy nitratning suvli eritmasining elektrolizi ham xuddi shunday sodir bo'ladi (platina elektrodlari).
Rux sulfatning suvli eritmasini grafit elektrodlarida elektroliz qilish
Umumiy reaktsiya:
Temir (III) nitratning suvli eritmasini platina elektrodlarida elektroliz qilish
Umumiy reaktsiya:
Kumush nitratning suvli eritmasini platina elektrodlarida elektroliz qilish
Umumiy reaktsiya:
Platina elektrodlarida alyuminiy sulfatning suvli eritmasini elektroliz qilish
Umumiy reaktsiya:
Mis elektrodlarida mis sulfatning suvli eritmasini elektroliz qilish - elektrokimyoviy tozalash
Eritmadagi CuSO 4 konsentratsiyasi doimiy bo'lib qoladi, jarayon anod materialini katodga o'tkazishga to'g'ri keladi. Bu elektrokimyoviy tozalash jarayonining (sof metall olish) mohiyatidir.
Muayyan tuz uchun elektroliz sxemalarini tuzishda siz quyidagilarni yodda tutishingiz kerak:
– vodorodga (misdan oltinga qadar) nisbatan yuqori standart elektrod potentsialiga (SEP) ega bo‘lgan metall kationlari elektroliz jarayonida katodda deyarli to‘liq kamayadi;
- kichik SEP qiymatlariga ega bo'lgan metall kationlari (litiydan alyuminiygacha) katodda kamaymaydi, aksincha, suv molekulalari vodorodga qaytariladi;
- SEP qiymatlari vodorodnikidan kichik bo'lgan, lekin alyuminiydan (alyuminiydan vodorodgacha) katta bo'lgan metall kationlari katodda elektroliz paytida suv bilan bir vaqtda kamayadi;
– agar suvli eritmada turli metallar kationlari aralashmasi bo‘lsa, masalan, Ag+, Cu 2+, Fe 2+ bo‘lsa, bu aralashmada avval kumush, keyin mis va temir oxirgi bo‘ladi;
- elektroliz jarayonida erimaydigan anodda anionlar yoki suv molekulalarining oksidlanishi sodir bo'ladi va S 2-, I-, Br-, Cl- anionlari oson oksidlanadi;
– agar eritmada kislorodli kislotalarning anionlari bo‘lsa, , , , u holda suv molekulalari anodda kislorodgacha oksidlanadi;
– agar anod eriydigan bo‘lsa, elektroliz jarayonida uning o‘zi oksidlanishga uchraydi, ya’ni elektronlarni tashqi konturga yuboradi: elektronlar chiqarilganda elektrod va eritma o‘rtasidagi muvozanat siljiydi va anod eriydi.
Agar elektrod jarayonlarining butun seriyasidan faqat umumiy tenglamaga mos keladiganlarni tanlaymiz
M z+ + ze= M,
keyin olamiz metall kuchlanish diapazoni. Vodorod ham har doim shu qatorga joylashtiriladi, bu sizga qaysi metallar vodorodni kislotalarning suvli eritmalaridan siqib chiqarishga qodirligini va qaysi biri yo'qligini ko'rish imkonini beradi (jadval).
Jadval
Metall kuchlanish diapazoni
| Tenglama elektrod jarayon |
Standart elektrod potentsial 25 °C, V |
Tenglama elektrod jarayon |
Standart elektrod salohiyat 25 ° C da, V |
|---|---|---|---|
| Li + + 1 e= Li 0 | –3,045 | Co 2+ + 2 e= Co 0 | –0,277 |
| Rb + + 1 e= Rb 0 | –2,925 | Ni 2+ + 2 e= Ni 0 | –0,250 |
| K + + 1 e= K 0 | –2,925 | Sn 2+ + 2 e= Sn 0 | –0,136 |
| Cs + + 1 e= Cs 0 | –2,923 | Pb 2+ + 2 e= Pb 0 | –0,126 |
| Ca 2+ + 2 e= Ca 0 | –2,866 | Fe 3+ + 3 e= Fe 0 | –0,036 |
| Na + + 1 e= Na 0 | –2,714 | 2H + + 2 e=H2 | 0 |
| Mg 2+ + 2 e= Mg 0 | –2,363 | Bi 3+ + 3 e= Bi 0 | 0,215 |
| Al 3+ + 3 e= Al 0 | –1,662 | Cu 2+ + 2 e= Cu 0 | 0,337 |
| Ti 2+ + 2 e= Ti 0 | –1,628 | Cu + +1 e= Cu 0 | 0,521 |
| Mn 2+ + 2 e= Mn 0 | –1,180 | Hg 2 2+ + 2 e= 2Hg 0 | 0,788 |
| Cr 2+ + 2 e= Cr 0 | –0,913 | Ag + + 1 e= Ag 0 | 0,799 |
| Zn 2+ + 2 e= Zn 0 | –0,763 | Hg 2+ + 2 e= Hg 0 | 0,854 |
| Cr 3+ + 3 e= Cr 0 | –0,744 | Pt 2+ + 2 e= Pt 0 | 1,2 |
| Fe 2+ + 2 e= Fe 0 | –0,440 | Au 3+ + 3 e= Au 0 | 1,498 |
| CD 2+ + 2 e= Cd 0 | –0,403 | Au + + 1 e= Au 0 | 1,691 |
Oddiyroq shaklda metall kuchlanishlar seriyasini quyidagicha ifodalash mumkin:
Ko'pgina elektroliz muammolarini hal qilish uchun Faraday qonunini bilish talab qilinadi, uning formulasi quyida keltirilgan:
m = M I t/(z F),
Qayerda m- elektrodda chiqarilgan moddaning massasi; F- Faraday soni 96,485 A s / mol yoki 26,8 A soat / mol ga teng, M- elektroliz paytida kamaygan elementning molyar massasi; t- elektroliz jarayonining vaqti (sekundlarda), I- oqim kuchi (amperda), z- jarayonda ishtirok etuvchi elektronlar soni.
Muammoli sharoitlar
1. Nikel nitrat eritmasini 20 A tokda 1 soat davomida elektroliz qilganda qanday massa nikel ajralib chiqadi?
2. 10 soat ichida 0,005 kg sof metall olish uchun kumush nitrat eritmasini elektroliz qilish jarayonini qanday tok kuchida bajarish kerak?
3. 50 A tokda 2 soat davomida mis (II) xlorid eritmasi elektrolizlanganda qanday mis massasi ajralib chiqadi?
4. 3,5 g rux olish uchun rux sulfatning suvdagi eritmasini 120 A tokda elektroliz qilish qancha vaqt oladi?
5. Temir (III) sulfat eritmasi 200 A tokda 2 soat davomida elektroliz qilinganda qanday temir massasi ajralib chiqadi?
6. 15 soat ichida 200 g sof metall olish uchun mis (II) nitrat eritmasini elektroliz qilish jarayonini qanday tok kuchida bajarish kerak?
7. 20 g sof temir olish uchun 30 A tokda temir (II) xlorid eritmasini elektroliz qilish qancha vaqt oladi?
8. 1,5 soat ichida 0,5 kg sof metall olish uchun simob(II) nitrat eritmasini elektroliz qilish jarayonini qanday tok kuchida bajarish kerak?
9. 1,5 soat ichida 100 g sof metall olish uchun erigan natriy xloridni elektroliz qilish jarayonini qanday tok kuchida bajarish kerak?
10. Kaliy xlorid eritmasi 5 A oqimida 2 soat davomida elektrolizga duchor bo'ldi. Olingan metall 2 kg og'irlikdagi suv bilan reaksiyaga kirishdi. Ishqoriy eritmaning qanday konsentratsiyasi olingan?
11.
Temir (III) sulfat eritmasini tok kuchida 0,5 soat davomida elektroliz qilish natijasida olingan temir bilan toʻliq reaksiyaga kirishish uchun qancha gramm 30% li xlorid kislota eritmasi kerak boʻladi?
10 Ha?
12. 15 A tokda 245 daqiqa davomida olib borilgan eritilgan alyuminiy xloridni elektroliz qilish jarayonida sof alyuminiy olindi. Alyuminiyning berilgan massasini temir (III) oksidi bilan reaksiyaga kiritib, aluminotermik usulda necha gramm temir olish mumkin?
13. 25 A tokda 300 minut davomida alyuminiy sulfat eritmasini elektroliz qilish natijasida olingan alyuminiy bilan reaksiyaga kirishish uchun (kaliy tetragidroksialyuminat hosil qilish uchun) zichligi 1,111 g/ml bo‘lgan 12% li KOH eritmasidan necha millilitr kerak bo‘ladi?
14. Rux sulfat eritmasini 55 A tokda 100 minut davomida elektroliz qilish natijasida olingan rux bilan 1,139 g/ml zichlikdagi 20% li sulfat kislota eritmasidan necha millilitr talab qilinadi?
15. Xrom (III) sulfat eritmasini 75 A tokda 100 minut davomida elektroliz qilish natijasida olingan issiq konsentrlangan nitrat kislotaning ortiqcha miqdorini xrom bilan reaksiyaga kiritishda qanday hajmdagi azot (IV) oksidi (n.o.) olinadi?
16. Mis (II) xlorid eritmasini 10,5 A tokda 50 minut davomida elektroliz qilish natijasida olingan misning ortiqcha nitrat kislota eritmasi bilan oʻzaro taʼsirida azot (II) oksidning (n.o.) qancha hajmi olinadi?
17. 100 g 30% li xlorid kislota eritmasi bilan toʻliq reaksiyaga kirishish uchun zarur boʻlgan temir (II) xlorid eritmasini 30 A tokda elektroliz qilish uchun qancha vaqt kerak boʻladi?
18. Nikel nitrat eritmasini 15 A tokda elektroliz qilish uchun qizdirilganda 200 g 35 % li sulfat kislota eritmasi bilan to’liq reaksiyaga kirishish uchun zarur bo’lgan nikelni olish uchun qancha vaqt ketadi?
19. Natriy xlorid eritmasi 20 A tokda 30 minut davomida, kaliy xlorid eritmasi esa 18 A tokda 80 minut davomida elektroliz qilingan. Ikkala metal ham 1 kg suvda eritilgan. Olingan eritmadagi ishqorlar konsentratsiyasini toping.
20.
Magniy xlorid eritmasini 200 daqiqa davomida joriy quvvatda elektroliz qilish natijasida olingan magniy
10 A, zichligi 1,178 g/ml bo‘lgan 1,5 l 25% li sulfat kislota eritmasida eritiladi. Olingan eritmadagi magniy sulfat konsentratsiyasini toping.
21. Rux sulfat eritmasini joriy quvvatda 100 daqiqa davomida elektroliz qilish natijasida olingan sink
17 A, zichligi 1,066 g/ml bo'lgan 1 litr 10% li sulfat kislota eritmasida eritiladi. Olingan eritmadagi rux sulfat konsentratsiyasini toping.
22. Temir (III) xlorid eritmasini 11 A tokda 70 minut davomida elektroliz qilish natijasida olingan temir kukunga aylantirildi va 300 g 18% li mis (II) sulfat eritmasiga botirildi. Cho‘kmaga tushgan misning massasini toping.
23.
Magniy xlorid eritmasini tok kuchida 90 daqiqa elektroliz qilish natijasida olingan magniy
17 A, ortiqcha olingan xlorid kislota eritmasiga botirildi. Chiqarilgan vodorod hajmi va miqdorini toping (n.s.).
24. Alyuminiy sulfat eritmasi 20 A tok kuchida 1 soat davomida elektrolizga solindi. Hosil bo'lgan alyuminiy bilan to'liq reaksiyaga kirishishi uchun 15% li xlorid kislotaning necha gramm eritmasi kerak bo'ladi?
25. Magniy xlorid eritmasini 22 A tokda 35 minut davomida elektroliz qilish natijasida olingan magniyni to‘liq yoqish uchun necha litr kislorod va havo (n.o.) kerak bo‘ladi?
Javoblar va yechimlar uchun quyidagi masalalarga qarang
Modul 2. Asosiy kimyo jarayonlari va moddalarning xossalari
Laboratoriya ishi No7
Mavzu: Suvli tuz eritmalarining elektrolizi
Elektroliz eritma yoki eritilgan elektrolit orqali elektr toki o'tganda elektrodlarda sodir bo'ladigan oksidlanish-qaytarilish jarayoni deyiladi.
Elektrolit eritmasi yoki eritmasidan to'g'ridan-to'g'ri elektr toki o'tkazilsa, kationlar katodga, anionlar esa anodga qarab harakatlanadi. Elektrodlarda oksidlanish-qaytarilish jarayonlari sodir bo'ladi; Katod qaytaruvchi vositadir, chunki u kationlarga elektronlar beradi, anod esa oksidlovchi moddadir, chunki u anionlardan elektronlarni qabul qiladi. Elektrodlarda sodir bo'ladigan reaktsiyalar elektrolitlar tarkibiga, erituvchining tabiatiga, elektrodlarning materialiga va elektrolizatorning ishlash rejimiga bog'liq.
Eritilgan kaltsiy xloridning elektroliz jarayonining kimyosi:
CaCl 2 ↔ Ca 2+ + 2Cl -
katodda Ca 2+ + 2e→ Ca°
anodda 2Sl - - 2e→ 2S1° → S1 2
Kaliy sulfat eritmasining erimaydigan anodda elektrolizlanishi sxematik tarzda quyidagicha ko'rinadi:
K 2 SO 4 ↔ 2K + + SO 4 2 -
H 2 O ↔ H + + OH -
katodda 2N + + 2e→2N°→ N 2 2
anodda 4OH - 4e → O 2 + 4H + 1
K 2 SO 4 + 4H 2 O 2H 2 + O 2 + 2K0H + H 2 SO 4
Ishning maqsadi: tuz eritmalarining elektrolizi bilan tanishish.
Asboblar va jihozlar: elektr tokini rektifikator, elektrolizator, uglerod elektrodlari, zımpara, stakan, kir yuvish mashinasi.
Guruch. 1. O'tkazish uchun qurilma
elektroliz
1 - elektrolizator;
2 - elektrodlar;
3-o'tkazgich simlari; DC manbai.
Reaktivlar va eritmalar: Mis xlorid CuC1 2, kaliy yodid KI ning 5% li eritmalari , kaliy vodorod sulfat KHSO 4, natriy sulfat Na 2 SO 4, mis sulfat CuSO 4, rux sulfat ZnSO 4, 20% natriy gidroksid eritmasi NaOH, mis va nikel plitalari, fenolftalein eritmasi, nitrat kislota (konc.) HNO1 3%. eritma , neytral lakmus qog'ozi, 10% sulfat kislota eritmasi H 2 SO 4.
Tajriba 1. Mis xloridni erimaydigan elektrodlar bilan elektroliz qilish
Elektrolizatorni yarim hajmgacha 5% mis xlorid eritmasi bilan to'ldiring. Grafit tayoqchani elektrolizatorning ikkala tirsagiga tushiring, ularni rezina naycha bo'laklari bilan mahkamlang. Elektrodlarning uchlarini o'tkazgichlar bilan to'g'ridan-to'g'ri oqim manbalariga ulang. Agar ozgina xlor hidi bo'lsa, darhol elektrolizatorni quvvat manbaidan uzing. Katodda nima sodir bo'ladi? Elektrod reaksiyalari tenglamalarini yozing.
Tajriba 2. Kaliy yodidni erimaydigan elektrodlar bilan elektroliz qilish
Elektrolizatorni 5% li kaliy yodid eritmasi bilan to'ldiring. har bir tizzaga 2 tomchi fenolftalein qo'shing. joylashtirish V har bir elektrolizator tirsak grafit elektrodlari va ularni doimiy oqim manbaiga ulang.
Qaysi tirsakda va nima uchun eritma rangga aylandi? Har bir tizzaga 1 tomchi kraxmal pastasini qo'shing. Yod qayerda va nima uchun chiqariladi? Elektrod reaksiyalari tenglamalarini yozing. Katod fazosida nima hosil bo'lgan?
Tajriba 3. Natriy sulfatning erimaydigan elektrodlar bilan elektrolizi
Elektrolizator hajmining yarmini 5% natriy sulfat eritmasi bilan to'ldiring va har bir tirsagiga 2 tomchi metil apelsin yoki lakmus qo'shing. Elektrodlarni ikkala tirsagiga joylashtiring va ularni doimiy oqim manbaiga ulang. Kuzatishlaringizni yozib oling. Nima uchun elektrolitlar eritmalari turli elektrodlarda turli ranglarga aylandi? Elektrod reaksiyalari tenglamalarini yozing. Elektrodlarda qanday gazlar chiqariladi va nima uchun? Natriy sulfatning suvli eritmasining elektroliz jarayonining mohiyati nimada
Eritilgan tuzlarning elektrolizi
Suv bilan oson ta'sir o'tkazadigan yuqori faol metallarni (natriy, alyuminiy, magniy, kaltsiy va boshqalar) olish uchun erigan tuzlar yoki oksidlarning elektrolizi qo'llaniladi:
1. Eritilgan mis (II) xloridning elektrolizi.
Elektrod jarayonlari yarim reaksiyalar bilan ifodalanishi mumkin:
katodda K(-): Cu 2+ + 2e = Cu 0 - katodik qisqarish
A(+) anodida: 2Cl – - 2e = Cl 2 - anodik oksidlanish
Moddaning elektrokimyoviy parchalanishining umumiy reaktsiyasi ikkita elektrod yarim reaksiyalarining yig'indisidir va mis xlorid uchun u tenglama bilan ifodalanadi:
Cu 2+ + 2 Cl – = Cu + Cl 2
Ishqorlar va oksokislota tuzlarini elektroliz qilish jarayonida anodda kislorod ajralib chiqadi:
4OH – - 4e = 2H 2 O + O 2
2SO 4 2– - 4e = 2SO 3 + O 2
2. Kaliy xlorid eritmasining elektrolizlanishi:
Eritmalarni elektroliz qilish
Elektrolitlar eritmalari yoki eritmalaridagi elektrodlarda ular orqali elektr toki o'tganda sodir bo'ladigan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari to'plami elektroliz deb ataladi.
Joriy manbaning "-" katodida eritma yoki eritmadan elektronlarni kationlarga o'tkazish jarayoni sodir bo'ladi, shuning uchun katod "qaytaruvchi vosita" hisoblanadi.
"+" anodda elektronlar anionlar tomonidan beriladi, shuning uchun anod "oksidlovchi vosita" hisoblanadi.
Elektroliz jarayonida anodda ham, katodda ham raqobatlashuvchi jarayonlar sodir bo'lishi mumkin.
Elektroliz inert (iste'mol qilinmaydigan) anod (masalan, grafit yoki platina) yordamida amalga oshirilganda, qoida tariqasida, ikkita oksidlovchi va ikkita qaytarilish jarayoni raqobatlashadi:
anodda - anionlar va gidroksid ionlarining oksidlanishi,
katodda - kationlar va vodorod ionlarining kamayishi.
Elektroliz faol (sarflanadigan) anod yordamida amalga oshirilganda, jarayon yanada murakkablashadi va elektrodlardagi raqobatdosh reaktsiyalar:
anodda - anionlar va gidroksid ionlarining oksidlanishi, metallning anodik erishi - anod materiali;
katodda - tuz kationi va vodorod ionlarini kamaytirish, anodni eritish natijasida olingan metall kationlarini kamaytirish.
Anod va katodda eng mumkin bo'lgan jarayonni tanlashda, eng kam energiya talab qiladigan reaktsiya davom etishi kerak. Bundan tashqari, inert elektrod bilan tuz eritmalarini elektroliz qilishda anod va katodda eng mumkin bo'lgan jarayonni tanlash uchun quyidagi qoidalar qo'llaniladi:
1. Anodda quyidagi mahsulotlar hosil bo'lishi mumkin:
a) SO 4 2-, NO - 3, PO 4 3- anionlari, shuningdek ishqor eritmalari bo'lgan eritmalarni elektroliz qilishda anodda suv oksidlanadi va kislorod ajralib chiqadi;
A + 2H 2 O - 4e - = 4H + + O 2
b) oksidlanish jarayonida Cl - , Br - , I - mos ravishda anionlar, xlor, brom va yod ajralib chiqadi;
A + Cl - +e - = Cl 0
2. Katodda quyidagi mahsulotlar hosil bo'lishi mumkin:
a) Al 3+ ning chap tomonidagi kuchlanish qatorida joylashgan ionlari bo'lgan tuz eritmalarini elektroliz qilish jarayonida katodda suv kamayadi va vodorod ajralib chiqadi;
K - 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -
b) agar metall ioni vodorodning o'ng tomonidagi kuchlanish qatorida joylashgan bo'lsa, u holda katodda metall ajralib chiqadi.
K - Men n+ + ne - = Men 0
v) Al + va H + orasidagi kuchlanish oralig'ida joylashgan ionlarni o'z ichiga olgan tuz eritmalarini elektroliz qilish jarayonida katodda ham kationni kamaytirish, ham vodorod evolyutsiyasining raqobatlashuvchi jarayonlari sodir bo'lishi mumkin.
Misol: kumush nitratning suvli eritmasini inert elektrodlarda elektroliz qilish
Kumush nitratning dissotsiatsiyasi:
AgNO 3 = Ag + + NO 3 -
AgNO 3 ning suvli eritmasini elektroliz qilish jarayonida katodda Ag + ionlarining qaytarilishi, anodda esa suv molekulalarining oksidlanishi sodir bo'ladi:
Katod: Ag + + e = A g
Anod: 2H 2 O - 4e = 4H + + O 2
Xulosa tenglama: ________________________________________________
4AgNO 3 + 2H 2 O = 4Ag + 4HNO 3 + O 2
Suvli eritmalarni elektroliz qilish sxemalarini tuzing: a) mis sulfat; b) magniy xlorid; c) kaliy sulfat.
Barcha holatlarda elektroliz uglerod elektrodlari yordamida amalga oshiriladi.
Misol: mis xloridning suvli eritmasini inert elektrodlarda elektroliz qilish
Mis xloridning dissotsiatsiyasi:
CuCl 2 ↔ Cu 2+ + 2Cl -
Eritmada Cu 2+ va 2Cl - ionlari mavjud bo'lib, ular elektr toki ta'sirida tegishli elektrodlarga yo'naltiriladi:
Katod - Cu 2+ + 2e = Cu 0
Anod + 2Cl - - 2e = Cl 2
_______________________________
CuCl 2 = Cu + Cl 2
Katodda metall mis, anodda esa xlor gazi ajralib chiqadi.
Agar CuCl 2 eritmasini elektroliz qilishning ko'rib chiqilgan misolida anod sifatida mis plitani oladigan bo'lsak, u holda mis katodda va oksidlanish jarayonlari sodir bo'ladigan anodda Cl 0 ionlarini chiqarish va xlor, oksidlanish o'rniga ajralib chiqadi. anodning (mis) hosil bo'lishi.
Bunday holda, anodning o'zi eriydi va u Cu 2+ ionlari shaklida eritmaga kiradi.
CuCl 2 ning eruvchan anod bilan elektrolizlanishini quyidagicha yozish mumkin:
Tuz eritmalarining eruvchan anod bilan elektrolizlanishi anod materialining oksidlanishiga (uning erishi) kamayadi va metallni anoddan katodga o'tkazish bilan birga keladi. Bu xususiyat metallarni ifloslantiruvchi moddalardan tozalashda (tozalashda) keng qo'llaniladi.
Misol: magniy xloridning suvli eritmasini inert elektrodlarda elektroliz qilish
Magniy xloridning suvli eritmada dissotsiatsiyasi:
MgCl 2 ↔ Mg 2+ +2Sl -
Suvli eritmada magniy ionlarini kamaytirish mumkin emas (suv kamayadi), xlorid ionlari oksidlanadi.
Elektroliz sxemasi:
Misol: mis sulfatning suvli eritmasini inert elektrodlarda elektroliz qilish
Eritmada mis sulfat ionlarga ajraladi:
CuSO 4 = Cu 2+ + SO 4 2-
Mis ionlarini suvli eritmada katodda kamaytirish mumkin.
Suvli eritmadagi sulfat ionlari oksidlanmaydi, shuning uchun anodda suvning oksidlanishi sodir bo'ladi.
Elektroliz sxemasi:
Inert elektrodlarda faol metall tuzi va kislorodli kislota (K 2 SO 4) ning suvli eritmasini elektroliz qilish
Misol: Kaliy sulfatning suvli eritmada dissotsiatsiyasi:
K 2 SO 4 = 2K + + SO 4 2-
Suvli eritmada elektrodlarda kaliy ionlari va sulfat ionlarini chiqarib bo'lmaydi, shuning uchun katodda pasayish sodir bo'ladi va anodda suvning oksidlanishi sodir bo'ladi.
Elektroliz sxemasi:
yoki 4H + + 4OH - = 4H 2 O (aralashtirish bilan amalga oshiriladi) ekanligini hisobga olsak,
H2O2H2+O2
Agar faol metall tuzi va kislorodli kislotaning suvli eritmasi orqali elektr toki o'tkazilsa, u holda metall kationlari ham, kislota qoldig'ining ionlari ham ajralmaydi.
Katodda vodorod, anodda esa kislorod chiqariladi va elektroliz suvning elektrolitik parchalanishiga kamayadi.
Natriy gidroksidning eritilgan elektrolizi
Suvni elektroliz qilish har doim inert elektrolitlar ishtirokida amalga oshiriladi (juda zaif elektrolit - suvning elektr o'tkazuvchanligini oshirish uchun):
Faraday qonuni
Elektr toki ta'sirida hosil bo'lgan modda miqdorining vaqtga, oqim kuchiga va elektrolitning tabiatiga bog'liqligini Faradayning umumlashtirilgan qonuni asosida aniqlash mumkin:
bu erda m - elektroliz jarayonida hosil bo'lgan moddaning massasi (g);
E - moddaning ekvivalent massasi (g/mol);
M - moddaning molyar massasi (g/mol);
n - berilgan yoki qabul qilingan elektronlar soni;
I - oqim kuchi (A); t - jarayonning davomiyligi (lar);
F - Faraday doimiysi bo'lib, moddaning 1 ekvivalent massasini chiqarish uchun zarur bo'lgan elektr miqdorini tavsiflaydi (F = 96500 S/mol = 26,8 Ah/mol).
Noorganik birikmalarning gidrolizi
Tuz ionlarining suv bilan o'zaro ta'siri kuchsiz elektrolitlar molekulalarining hosil bo'lishiga olib keladi, tuz gidrolizi deyiladi.
Agar tuzni asosni kislota bilan neytrallash mahsuloti deb hisoblasak, tuzlarni to'rt guruhga bo'lish mumkin, ularning har biri uchun gidroliz o'ziga xos tarzda boradi.
1. Kuchli asos va kuchli kislota KBr, NaCl, NaNO 3) tomonidan hosil qilingan tuz gidrolizga uchramaydi, chunki bu holda kuchsiz elektrolit hosil bo'lmaydi. Atrof-muhitning reaktsiyasi neytral bo'lib qoladi.
2. Kuchsiz asos va kuchli kislota FeCl 2, NH 4 Cl, Al 2 (SO 4) 3, MgSO 4 dan hosil bo lgan tuzda kation gidrolizga uchraydi:
FeCl 2 + HOH → Fe(OH)Cl + HCl
Fe 2+ + 2Cl - + H + + OH - → FeOH + + 2Cl - + H +
Gidroliz natijasida kuchsiz elektrolit, H + ioni va boshqa ionlar hosil bo'ladi. eritma pH< 7 (раствор приобретает кислую реакцию).
3. Kuchli asos va kuchsiz kislota (KClO, K 2 SiO 3, Na 2 CO 3, CH 3 COONa) taʼsirida hosil boʻlgan tuz anionda gidrolizga uchraydi, natijada kuchsiz elektrolit, gidroksid ioni va boshqa ionlar hosil boʻladi. .
K 2 SiO 3 + HOH → KHSiO 3 + KOH
2K + +SiO 3 2- + H + + OH - → HSiO 3 - + 2K + + OH -
Bunday eritmalarning pH qiymati > 7 (eritma ishqoriy bo'ladi).
4. Kuchsiz asos va kuchsiz kislota (CH 3 COONH 4, (NH 4) 2 CO 3, Al 2 S 3) tomonidan hosil qilingan tuz ham kation, ham anion tomonidan gidrolizlanadi. Natijada, bir oz dissotsiatsiyalanuvchi asos va kislota hosil bo'ladi. Bunday tuzlar eritmalarining pH darajasi kislota va asosning nisbiy kuchiga bog'liq.
Kuchsiz kislota va kuchli asos tuzini gidrolizlash reaksiya tenglamalarini yozish algoritmi
Tuzlarni gidrolizlashning bir necha variantlari mavjud:
1. Kuchsiz kislota va kuchli asos tuzining gidrolizi: (CH 3 COONa, KCN, Na 2 CO 3).
Misol 1. Natriy asetatning gidrolizi.
yoki CH 3 COO – + Na + + H 2 O ↔ CH 3 COOH + Na + + OH –
CH 3 COO – + H 2 O ↔ CH 3 COOH + OH –
Sirka kislota kuchsiz dissotsilanganligi uchun atsetat ioni H+ ionini bog‘laydi va suvning dissotsilanish muvozanati Le Shatelye prinsipiga ko‘ra o‘ngga siljiydi.
OH - ionlari eritmada to'planadi (pH >7)
Agar tuz ko'p asosli kislotadan hosil bo'lsa, gidroliz bosqichma-bosqich sodir bo'ladi.
Masalan, karbonat gidrolizi: Na 2 CO 3
I bosqich: CO 3 2– + H 2 O ↔ HCO 3 – + OH –
II bosqich: HCO 3 – + H 2 O ↔ H 2 CO 3 + OH –
Na 2 CO 3 + H 2 O = NaHCO 3 + NaOH
Odatda faqat birinchi bosqichda sodir bo'ladigan jarayon amaliy ahamiyatga ega bo'lib, bu, qoida tariqasida, tuzlarning gidrolizlanishini baholash bilan cheklanadi.
Ikkinchi bosqichdagi gidroliz muvozanati birinchi bosqichdagi muvozanatga nisbatan sezilarli darajada chapga siljiydi, chunki birinchi bosqichda ikkinchisiga qaraganda zaifroq elektrolit (HCO 3 -) hosil bo'ladi (H 2 CO 3)
2-misol. Rubidiy ortofosfat gidrolizi.
1. Gidroliz turini aniqlang:
Rb 3 PO 4 ↔ 3Rb + + P.O. 4 3–
Rubidiy ishqoriy metal, gidroksid kuchli asos, fosfor kislotasi, ayniqsa, uning dissotsilanishning uchinchi bosqichida fosfatlar hosil bo'lishiga to'g'ri keladi, kuchsiz kislotadir.
Anionda gidroliz sodir bo'ladi.
PO 3- 4 + H–OH ↔ HPO 2- 4 + OH – .
Mahsulotlar gidrofosfat va gidroksid ionlari, muhit ishqoriydir.
3. Molekulyar tenglamani tuzing:
Rb 3 PO 4 + H 2 O ↔ Rb 2 HPO 4 + RbOH.
Biz kislota tuzi - rubidium vodorod fosfatini oldik.
Kuchli kislota va kuchsiz asos tuzini gidrolizlash reaksiya tenglamalarini yozish algoritmi
2. Kuchli kislota va kuchsiz asos tuzining gidrolizlanishi: NH 4 NO 3, AlCl 3, Fe 2 (SO 4) 3.
Misol 1. Ammiakli selitraning gidrolizi.
NH 4 + + NO 3 – + H 2 O ↔ NH 4 OH + NO 3 – + H +
NH 4 + + H 2 O ↔ NH 4 OH + H +
Ko'paytiriladigan zaryadlangan kationda gidroliz bosqichma-bosqich davom etadi, masalan:
I bosqich: Cu 2+ + HOH ↔ CuOH + + H +
II bosqich: CuOH + + HOH ↔ Cu(OH) 2 + H +
CuCl 2 + H 2 O = CuOHCl + HCl
Bunda vodorod ionlarining konsentratsiyasi va eritmadagi muhitning pH darajasi ham asosan gidrolizning birinchi bosqichi bilan aniqlanadi.
Misol 2. Mis (II) sulfatning gidrolizi
1. Gidrolizning turini aniqlang. Ushbu bosqichda tuzning dissotsilanish tenglamasini yozish kerak:
CuSO 4 ↔ Cu 2+ + SO 2- 4.
Tuz kuchsiz asosning kationi (biz ta'kidlaymiz) va kuchli kislotaning anionidan hosil bo'ladi. Kationning gidrolizi sodir bo'ladi.
2. Gidrolizning ionli tenglamasini yozamiz va muhitni aniqlaymiz:
Cu 2+ + H-OH ↔ CuOH + + H +.
Gidroksi mis (II) kationi va vodorod ioni hosil bo'ladi, muhit kislotali.
3. Molekulyar tenglamani tuzing.
Shuni hisobga olish kerakki, bunday tenglamani tuzish ma'lum bir rasmiy vazifadir. Eritmadagi musbat va manfiy zarralardan biz faqat qog'ozda mavjud bo'lgan neytral zarrachalarni hosil qilamiz. Bu holda (CuOH) 2 SO 4 formulasini yaratishimiz mumkin, ammo buning uchun biz ion tenglamamizni aqliy ravishda ikkiga ko'paytirishimiz kerak.
Biz olamiz:
2CuSO 4 + 2H 2 O ↔ (CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4.
E'tibor bering, reaktsiya mahsuloti asosiy tuzlar guruhiga kiradi. Asosiy tuzlarning nomlari, shuningdek, oraliq tuzlarning nomlari anion va kation nomlaridan iborat bo'lishi kerak, bu holda biz tuzni "gidroksikopper (II) sulfat" deb ataymiz.
Kuchsiz kislota va kuchsiz asos tuzini gidrolizlash reaksiya tenglamalarini yozish algoritmi
3. Kuchsiz kislota va kuchsiz asos tuzining gidrolizlanishi:
Misol 1. Ammoniy asetatning gidrolizi.
CH 3 COO – + NH 4 + + H 2 O ↔ CH 3 COOH + NH 4 OH
Bunda bir oz dissotsilangan ikkita birikma hosil bo'ladi va eritmaning pH darajasi kislota va asosning nisbiy kuchiga bog'liq.
Agar gidroliz mahsulotlarini eritmadan, masalan, cho'kma yoki gazsimon modda ko'rinishida olib tashlash mumkin bo'lsa, u holda gidroliz tugaydi.
Misol 2. Alyuminiy sulfidning gidrolizi.
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S.
2A l 3+ + 3 S 2- + 6N 2 O = 2Al(ON) 3 (choʻkma) + ZN 2 S (gaz)
3-misol alyuminiy asetatning gidrolizi
1. Gidroliz turini aniqlang:
Al(CH 3 COO) 3 = Al 3+ + 3CH 3 COO – .
Tuz kuchsiz asosning kationi va kuchsiz kislotaning anionlaridan hosil bo'ladi.
2. Ion gidroliz tenglamalarini yozamiz va muhitni aniqlaymiz:
Al 3+ + H–OH ↔ AlOH 2+ + H + ,
CH 3 COO – + H–OH ↔ CH 3 COOH + OH –.
Alyuminiy gidroksid juda zaif asos ekanligini hisobga olsak, biz kationda gidroliz anionga qaraganda ko'proq sodir bo'ladi deb taxmin qilamiz. Binobarin, eritmada vodorod ionlari ortiqcha bo'ladi va muhit kislotali bo'ladi.
Bu yerda reaksiyaning umumiy tenglamasini tuzishga urinishdan ma’no yo‘q. Ikkala reaksiya ham qaytar, bir-biri bilan aloqasi yo'q va bunday yig'indi ma'nosizdir.
3. Keling, molekulyar tenglama tuzamiz:
Al(CH 3 COO) 3 + H 2 O = AlOH(CH 3 COO) 2 + CH 3 COOH.
Bu, shuningdek, tuzlarning formulalarini va ularning nomenklaturasini tuzishga o'rgatish uchun rasmiy mashqdir. Olingan tuzni gidroksoalyuminiy atsetat deb ataymiz.
Kuchli kislota va kuchli asos tuzini gidrolizlash reaksiya tenglamalarini yozish algoritmi
4. Kuchli kislota va kuchli asosdan hosil bo'lgan tuzlar gidrolizga uchramaydi, chunki yagona kuchsiz dissotsiatsiyalanuvchi birikma H 2 O dir.
Kuchli kislota va kuchli asosning tuzi gidrolizga uchramaydi, eritmasi neytraldir.
