Меню

Растворы солей хорошо проводят электрический ток

Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)

Содержание:

Сильнейшим окислительно — восстановительным действием обладает электрический ток. С помощью воздействия электрического тока на вещество можно получить чистый металл. Этот метод называется электролизом.

Электролиз – процесс, при котором происходит разложение вещества электрическим током.

Процесс электролиза может протекать только в веществах, проводящих электрический ток, то есть электролитах. К электролитам относят представителей основных классов неорганических соединений – кислоты, соли, щелочи.

Для протекания процесса требуется устройство, называемое электролизером.

Схема электролиза

Данное устройство работает от внешнего источника питания, который подает электрический ток. Представляет собой емкость, в которую опущены два электрода (катод и анод), заполнена емкость электролитом. При подаче электрического тока происходит разложение вещества. Для того чтобы узнать протекает электролиз или нет, в цепь включают лампочку, если лампочка загорается, значит в системе есть ток, если при замыкании цепи, лампочка не горит, то электролиз не протекает – вещество является не электролитом.

Катод (-) – является отрицательно заряженным электродом, катионы ( + ) перемещаются к нему и происходит процесс восстановления.

Анод (+) – положительно заряженный электрод, к нему перемещаются анионы (-) и происходит процесс окисления.

Можно выделить два типа электролиза для расплавов и растворов. Ход этих двух процессов происходит по-разному. Зависит по большей части это от содержания воды в растворе, которая тоже принимает участие в процессе. В расплаве происходит разложение только вещества.

Особенности электролиза расплавов

В расплаве электролит непосредственно подвергается воздействию электрического тока. Металл всегда образуется на катоде, а продукт анода зависит от природы вещества.

При разложении расплава оснований на катоде образуется металл, а на аноде окисляется кислород. (расплав соли – это чистое вещество без примесей в основном твердые вещества)

Расплав основания

Разложение расплавов солей происходит по-разному у бескислородных и кислородосодержащих. У бескислородной соли на аноде окисляется анион – кислотный остаток, а у кислородосодержащей – окисляется кислород.

Расплав соли

Рассмотрим пример электролиза расплава бескислородной соли – хлорида калия. Под действием постоянного электрического тока соль разлагается на катионы калия и анионы хлора.

Катионы K + перемещаются к катоду и принимают электроны, происходит восстановление металлического калия.

  • Катодный процесс: K + + e — → K 0

Анионы Cl движутся к аноду, отдавая электроны, происходит образование газообразного хлора.

  • Анодный процесс: 2Cl — — 2e — → Cl2 0 ↑

Суммарное уравнение процесса электролиза расплава хлористого калия можно представить следующим образом:

Особенности электролиза растворов

В растворах электролитов, помимо самого вещества, присутствует вода. Под действием электрического тока водный раствор электролита разлагается.

Процессы, происходящие на катоде и аноде, различаются.

1. Процесс на катоде не зависит от материала, из которого он изготовлен. Однако, зависит от положения металлов в электрохимическом ряду напряжений.

Процесс на катоде

2. Процесс на аноде зависит от материала, из которого состоит анод и от его природы.

а) Растворимый анод (Cu, Ag, Ni, Cd) подвергается Me => Me n+ + ne

б) На не растворимом аноде (графит, платина) обычно окисляются анионы S — , J — , Br — , Cl — , OH — и молекулы H2O:

  • 2J — => J2 0 + 2e;
  • 4OH — => O2 + 2H2O + 4e;
  • 2H2O => O2 + 4H + + 4e

Рассмотрим примеры различных вариантов электролиза растворов:

1. Разложение бескислородной соли на нерастворимом электроде

Чтобы ознакомиться с этим вариантом электролиза, возьмем йодистый калий. Под действием тока ионы калия устремляются к катоду, а ионы йода к аноду.

Калий находится в диапазоне активности слева от алюминия, поэтому на катоде восстанавливаются молекулы воды и образуется атомарный водород.

Процесс протекает на нерастворимом аноде и в состав соли входит бескислородный остаток, поэтому на аноде образуется йод.

В результате можно создать общее уравнение электролиза:

2. Разложение бескислородной соли на растворимом электроде (медь)

Рассмотрим на примере хлорида натрия. Данная соль разлагается на ионы натрия и хлора, но следует учитывать материал анода. Медный анод сам подвергается окислению. На аноде выделяется чистая медь, и ионы меди переходят с анода на катод, где также осаждается медь. В итоге процесс можно представить следующими уравнениями реакций.

  • NaCl → Na + + Cl —
  • Катод: Cu 2+ + 2e — → Cu 0
  • Анод: Cu 02e — → Cu 2+

В растворе концентрация хлорида натрия остается неизменной, поэтому составить общее уравнение реакции процесса не представляется возможным.

Читайте также:  Методы расчета магнитных цепей постоянного тока

3. Разложение кислородосодержащей соли на нерастворимом (инертном) электроде

Возьмем для примера раствор нитрата калия. В процессе электролиза происходит распад на ионы калия и кислотного остатка.

В ряду активности металлов калий находится левее алюминия, поэтому на катоде восстанавливаются молекулы воды и образуется газообразный водород.

Молекулы воды окисляются на аноде и выделяется кислород.

В результате получаем общее уравнение электролиза:

4. Электролиз раствора щелочи на инертном электроде

В случае разложения щелочи в процесс электролиза включаются молекулы воды и гидроксид-ионы.

Барий находится левее алюминия, поэтому на катоде происходит восстановление воды и выделение водорода.

На аноде откладываются молекулы кислорода.

Получаем суммарное уравнение электролиза:

5. Электролиз раствора кислоты на инертном электроде

При разложении азотной кислоты под действием электрического тока в процесс вступают катионы водорода и молекула воды.

На катоде выделяется водород, на аноде – кислород. Получаем суммарное уравнение процесса:

Применение электролиза

Процессы электролиза нашли свое применение в промышленности в первую очередь для получения чистых металлов электрохимическим путем. Побочными продуктами этого процесса являются кислород и водород, поэтому он является промышленным способом получения этих газов. Очень часто применяют для очистки металлов от примесей и защиты от коррозии.

Источник

почему чистые кислоты, щёлочи, соли плохо проводят электрический ток, а их водные растворы проводят ток хорошо?

Потому что в растворе эти вещества диссоциируют с образованием ионов, то есть в растворе появляются частицы, способные двигаться под действием электрического тока

HCl H(+) + Cl(-)
NaOH Na(+) + OH(-)
NaCl Na(+) + Cl(-)

А вот сахар, например, не проводит электрический ток ни в чистом виде, ни в растворе, потому что он не распадется на ионы в растворе, а остается в виде молекул

Есть такие растворы веществ, которые способны проводить электрический ток, а другие – нет.
Для выяснения этих особенностей, я продемонстрирую классический опыт, используя специальный прибор для испытания электропроводности. Для начала мы испытаем этот прибор на дистиллированной воде (без растворенных солей) . Электрическая лампочка не загорается. Значит, чистая дистиллированная вода электрического тока не проводит. Давайте повторим опыт на органических веществах: растворе сахара в воде, спирте. Что же мы видим? Электрическая лампочка вновь не горит. Так вот, существуют такие растворы, которые не проводят электрический ток. Ребята, связь в этих соединениях ковалентная слабополярная.
Теперь, используем этот прибор с кристаллами хлорида натрия (поваренная соль) . Кристаллы данного вещества также неэлектропроводны. Попробуем растворить кристаллы соли в воде и тщательно перемешать этот раствор. Экспериментальным путем устанавливаем, что полученный раствор проводит электрический ток, лампочка ярко загорелась. Из выше увиденного, можно сформулировать следующее:
— Вещества, растворы которых не проводят электрический ток, называются неэлектролитами.
— Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами.

Неэлектролиты Электролиты
Растворы сахара, спирта, глюкозы (органические вещества) .
Нерастворимые соли, кислоты, основания, оксиды.
Вода.
Простые вещества.
1. Растворимые соли.
2. Кислоты.
3. Щелочи.

Неэлектролиты Электролиты
Вода- H2O
Соли – CaCO3, BaSO4
Кислоты – H2S, HNO2
C2H5OH- спирт 1. BaNO3, FeSO4
2. HCl, HNO3, H2SO4
3. NaOH, KOH

Вы можете сказать, что многие металлы относятся к простым веществам и способны проводить электрический ток. Так вот, ток могут проводить те вещества, у которых есть свободно движущиеся заряженные частицы, и металлы обладают свободными электронами, потому, что для них характерна металлическая связь.
Какие же частицы имеются в электролитах для проведения электрического тока? Вспомните, какая химическая связь в веществе хлорида натрия. Правильно, ионная. В кристаллах ионы не свободны, они находятся строго в узлах кристаллической решетки, поэтому мы видели, что кристаллы этого вещества не проводят ток. При растворении в воде солей (щелочей) происходит разрушение кристаллической решетки, и ионы становятся свободными, т. е. способны к перемещению. Поэтому водные растворы ионных соединений проводят ток.
А как же быть с растворами кислот, в которых связь ковалентная полярная? В этом случае, при растворении в воде ковалентная полярная связь переходит в ионную, и образовавшиеся ионы обуславливают электропроводность растворов.
Распад вещества на ионы при растворении в воде называется электролитической диссоциацией.
Аррениус Сванте (1859–1927)
Шведский физикохимик, член Королевской шведской АН (с 1901). Родился в имении Вейк. Окончил Упсальский университет (1878). В 1881–1883 гг. совершенствовал образование в Физическом институте Королевской шведской АН в Стокгольме. В 1884–1885 гг. работал в Упсальском университете. В 1886 г. работал в Рижском политехническом институте в лаборатории В. Ф. Оствальда, в 1886–1887 гг. – в университетах Вюрцбурга и Граца, в 1888 г. – в Амстердамском университете в лаборатории Вант-Гоффа, в 1889 г. – снова в университете Граца. С 1891 г. в Стокгольмском университете (с 1895 профессор, с 1897 ректор) . В 1905–1927 гг. директор Нобелевского института в Стокгольме.
Впервые этот процесс рассмотрел шведский ученый Сванте Аррениус в 1877 году. Позднее это явление было изучено подробнее с точки физико-химической теории растворов русскими химиками Каблуковым и Кистяковским. Сущность этой теории состоит в рассмотрении растворов, как систем ассоциации частиц, т. е. взаимодействие растворенного вещества с молекулами растворителя.
В данном случае, в качестве растворителя мы взяли воду, молекулы которой представляют диполь, т. е. два полюса

Читайте также:  Гостиница ток горизонт судак

Источник

Электропроводность растворов

Установка для сравнения электропроводности растворовРис. 71. Установка для сравнения электропроводности растворов

Хорошими проводниками электрического тока, помимо металлов, являются расплавленные соли и основания. Способностью проводить ток обладают также водные растворы оснований и солей. Безводные кислоты — очень плохие проводники, но водные растворы кислот хорошо проводят ток. Растворы кислот, оснований и солей в других жидкостях в большинстве случаев тока не проводят, но и осмотическое давление таких растворов оказывается нормальным. Точно так же не проводят тока водные растворы сахара, спирта, глицерина и другие растворы с нормальным осмотическим давлением.

Различное отношение веществ к электрическому току легко иллюстрировать следующим опытом.

Соединим провода, идущие от осветительной сети, с двумя угольными или металлическими пластинками— электродами (рис. 71). В один из проводов включим электрическую лампу, позволяющую грубо судить о наличии тока в цепи. Погрузим теперь свободные концы электродов в сухую поваренную соль или безводную серную кислоту. Лампа не загорается, так как эти вещества не проводят тока и цепь остается незамкнутой.

Тоже самое происходит, если погрузить электроды в стакан с чистой дестиллированной водой. Но стоит только растворить в воде немного соли или прибавить к ней какой-нибудь кислоты или основания, как лампа тотчас же начинает ярко светиться. Свечение прекращается, если опустить электроды в раствор сахара, глицерина и т. п.

Сванте АррениусСванте Аррениус (1859—1927)

Таким образом, среди растворов способностью проводить ток обладают преимущественно водные растворы кислот, оснований и солей. Сухие соли, безводные кислоты и основания (в твердом виде) тока не проводят почти не проводит тока и чистая вода. Очевидно, что при растворении в воде кислоты, основания и соли подвергаются каким-то глубоким изменениям, которые и обусловливают электропроводность получаемых растворов.

Электрический ток, проходя через растворы, вызывает в них, так же как и в расплавах, химические изменения, выражающиеся в том, что из раствора выделяются продукты разложения растворенного вещества или растворителя. Вещества, растворы которых проводят электрический ток, получили название электролитов. Электролитами являются кислоты, основания и соли.

Читайте также:  Как ведет себя электрическая катушка когда по ней протекает электрический ток

Химический процесс, происходящий при пропускании тока через раствор электролита, называется электролизом. Исследуя продукты, выделяющиеся у электродов при электролизе кислот, оснований и солей, установили, что у катода всегда выделяются металлы или водород, а у анода — кислотные остатки или гидроксильные группы, которые затем подвергаются дальнейшим изменениям. Таким образом, первичными продуктами электролиза оказываются те же составные части кислот, оснований и солей, которые при реакциях обмена, не изменяясь, переходят из одного вещества в другое.

Сванте Аррениус (Svante Arrhenius) — шведский ученый, физико-химик, родился 19 февраля 1859 г. Был профессором университета в Стокгольме и директором Нобелевского института. В результате изучения электропроводности растворов предложил в 1887 г. теорию, объясняющую проводимость электрического тока растворами кислот, щелочей и солей, получившую название теории электролитической диссоциации.

Аррениусу принадлежит также ряд исследовании по астрономии, космической физике и в области приложения физико-химических законов к биологическим процессам.

Вы читаете, статья на тему Электропроводность растворов

Источник



Растворы солей хорошо проводят электрический ток

Актуальность выбора темы

По своим электрическим свойствам вещества делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. Чистая вода является диэлектриком. Поваренная соль так же является диэлектриком. Раствор соли в воде — проводник. Меня, ученика 8 класса, ещё не изучавшего электродинамику в курсе школьной физики, заинтересовало данное явление.

В учебниках физики за 10 класс я нашел теоретическое обоснование процесса протекание тока через раствор соли в воде.

Поваренная соль – твёрдый полярный диэлектрик. Под действием растворителя – воды происходит расщепление молекул соли NaCl на отдельные ионы Na + и Cl — . Такой процесс получил название «электролитическая диссоциация». В результате в диэлектрике – воде появляются свободные носители заряда, что обеспечивает прохождение электрического тока через раствор.

Следовательно, чем больше в жидкости свободных носителей заряда, тем больше должна быть сила тока. Я решил проверить гипотезу на опыте, меняя условия эксперимента.

Сила тока через раствор поваренной соли зависит только от массы растворенной соли.

Цель исследовательской работы

Исследование зависимости силы тока через раствор поваренной соли от массы соли, растворенной в воде при различных внешних условиях.

Задачи исследовательской работы

Собрать экспериментальную установку для исследования протекания тока через раствор поваренной соли.

Установить зависимость силы тока от массы соли, растворенной в воде, при различных внешних условиях эксперимента.

Обобщить полученные результаты, сделать вывод.

– протеканиеэлектрического тока через раствор поваренной соли.

– зависимость силы тока от массы соли, растворенной в воде.

Изучение теории – знакомство с теоретическим материалом.

Сборка экспериментальной установки.

Эксперимент – установление зависимости силы тока через раствор поваренной соли от массы соли, растворенной в воде при различных внешних условиях.

Анализ и обработка полученных результатов.

Синтез – интерпретация и обобщение полученных в ходе эксперимента данных.

Экспериментальная установка (приложение 1):

2) один цинковый и два медных электрода,

3) источник питания,

4) амперметр, миллиамперметр,

6) электронные весы,

Кювета наполнялась водой из-под крана объёмом 100 мл. При погружении в воду электродов и замыкании ключа амперметр не регистрировал наличие тока в цепи. Далее кювета наполнялась водой с растворенной в ней солью. Соль предварительно взвешивалась на электронных весах. В кювету погружались электроды, через раствор соли протекал электрический ток. Сила тока измерялась амперметром.

Для проверки гипотезы были проведены эксперименты:

исследование зависимости силы тока от массы соли, растворённой в воде при замене материала, из которого изготовлены электроды,

исследование зависимости силы тока от расстояния между электродами и глубиной их погружения в раствор при постоянной массе соли, растворенной в воде.

Результаты экспериментов приведены в таблицах и на графиках.

Исследование зависимости силы тока от массы соли,растворенной в воде при замене материала, из которого изготовлены электроды.

Расстояние между электродами r = 9см.

Опыт 1.1. Катод – медная пластина, анод – цинковая.

Источник