Электролиз и электролитические ячейки, пример, продукты, процесс

Электролитические ячейки
Электролитический элемент, очень похожий на гальванический элемент, состоит из двух отдельных полуэлементов: восстановительного полуэлемента и окислительного полуэлемента. В электролитической ячейке внешний источник электричества (например, аккумулятор) используется для перемещения потока электронов от анода, где происходит окисление, к катоду, где происходит восстановление. Необходим внешний источник электрической энергии, поскольку реакция, происходящая в электролитических ячейках, не является самопроизвольной.

По сути, электролитический элемент превращает электрическую энергию в химическую энергию; это противоположно гальваническим элементам, которые превращают химическую энергию в электрическую. Это имеет смысл, так как в электролитических элементах электроны текут в противоположном направлении от гальванических элементов.

Полуреакция на аноде принимает общую форму: A– > A + e–.
Полуреакция на катоде принимает общую форму: B + + e– > B.
Таким образом, полная реакция для электролитических ячеек обычно выглядит следующим образом: A– + B + > A + B.

Электролитический против. Гальванические элементы
Хотя они оба используют окислительно-восстановительные реакции, электролитические и гальванические элементы работают совершенно по-разному.
Давайте рассмотрим несколько ключевых различий:

Электролитические ячейки
– Непроизвольная реакция: преобразует электрическую энергию (от внешнего источника) в химическую энергию
- В большинстве случаев оба электрода погружены в один и тот же раствор электролита.
– Анод положительный, а катод отрицательный: электроны перетекают от анода к катоду, приводимые в движение внешним источником питания

Оба
– Содержат две полуячейки с восстановлением и окислением, образуя общую окислительно-восстановительную реакцию.
– Окисление происходит на аноде, восстановление происходит на катоде.

Гальванические элементы
– Спонтанная реакция: преобразует химическую энергию в электрическую
– Полуэлементы разделены, соединены только солевым мостиком.
– Анод отрицательный, а катод положительный: электроны все еще текут от анода к катоду.

Что такое электролиз?

Электролиз - это название, данное процессу, который происходит в электролитической ячейке, где электрический ток используется для запуска непроизвольной реакции. Электролиз и, следовательно, электролитическая ячейка часто используются в реальных приложениях для разделения вещества — двумя распространенными примерами являются разложение NaCl и H2O. Ниже мы рассмотрим разложение NaCl более подробно. Кроме того, электролиз часто используется в реальном мире для нанесения гальванических покрытий на ювелирные изделия, хотя это может быть распространено на любой металл.

Пример электролиза: разложение расплавленного NaCl

Если хлорид натрия расплавить в жидкость, вы можете пропустить электрический ток через расплавленную соль, чтобы разложить ее. В этом примере расплавленный NaCl разлагается на твердый газообразный натрий и хлор. Положительные ионы натрия притягиваются к отрицательному катоду, а отрицательные ионы хлора притягиваются к положительному аноду.

Таким образом, полуреакция на катоде равна: Na + + e- > Na, а сбалансированная полуреакция на аноде равна: 2Cl– > Cl 2 + 2e–.
Таким образом, чистая реакция для этой реакции такова: 2NaCl (l) > 2Na (s) + Cl 2 (g).

Для дальнейшего анализа этой реакции мы можем обратиться к стандартным потенциалам восстановления, аналогично процессу, с помощью которого мы определяем потенциал гальванического элемента.

Мы берем две полуреакции и записываем их как реакции восстановления:

Na+ (l) + e– > Na (s) ... E = -2,71 В
Cl 2 (g) + 2e– > 2Cl– … E = +1,36 В

Имея в виду, что полуреакция хлора фактически подвергается окислению, а не восстановлению, мы переворачиваем знак для его потенциала, делая его -1,36 В. Сложив их вместе, мы получаем общий потенциал -4,07 В для реакции. Это означает, что для разложения расплавленного NaCl внешний источник питания должен иметь напряжение не менее -4,07 В.

Что такое закон электролиза Фарадея?

Закон электролиза Фарадея гласит, что количество вещества, которое потребляется / вырабатывается на одном из электродов электролитической ячейки, прямо пропорционально количеству электричества, проходящего через ячейку.

Чтобы использовать это, нам нужно помнить об отношениях:

1 C = 1 ампер •с

1 e– = 1,6022 x 10-19 C

Эти два соотношения указывают на то, что 1 кулон заряда переносится, когда 1 ампер тока протекает в течение 1 секунды, и что 1 электрон несет заряд 1,6022 ? 10-19 кулонов.