Процессы, протекающие на электродах при электролизе воды

Разность равновесных потенциалов электродных реакций называется обратимым напряжением разложения электролита Uo- Последнее численно равно э. д. с. электрохимической цепи, в которой протекает реакция, обратная реакции при электролизе. Например, обратимое напряжение разложения воды равно э. д. с. водороднокислородной цепи, при отборе тока от которой идет синтез воды из водорода и кислорода (см. 178). При 298 К э. д. с. этой цепи, а следовательно, и Uo равны 1,23 В. Учитывая соответствие между э. д. с. и обратимым напряжением разложения, последнее можно определить по термодинамическим данным согласно (175.9). При электролизе воды происходит выделение водорода на катоде и кислорода на аноде, причем каждый процесс сопровождается свойственным ему перенапряжением, зависящим, в первую очередь, от материала электродов [c.515]

Решение. В окислительно-восстановительных процессах, происходящих на электродах при электролизе растворов электролитов, могут, кроме ионов электролита, принимать участие вода, ионы Н+ и ОН . Из нескольких возможных процессов на электроде будет протекать тот, осуществление которого сопряжено с минимальной затратой энергии. Это означает, что на катоде будут восстанавливаться окисленные формы электрохимических систем, имеющих наибольшие электродные потенциалы, а на аноде будут окисляться восстановленные формы систем с наименьшими электродными потенциалами. [c.105]

Кулонометры. Измерение количества электричества, эквивалентного содержанию окисляемого или восстанавливаемого вещества, надлежащего определению, можно выполнить с помощью либо химического кулонометра, либо интегратора ток — время, соединенных последовательно с кулонометрической ячейкой. Химические кулонометры представляют собой электрохимические ячейки, в которых протекают определенные реакции с 100%-ной эффективностью тока. В серебряном кулонометре серебро выделяется количественно из раствора нитрата серебра на платиновом катоде, который взвешивают, определяя таким образом количество металлического серебра и эквивалентное ему количество электричества в Кл, прошедшее через раствор в процессе электролиза. В водородно-кислородном кулонометре с двумя платиновыми электродами происходит электролиз разбавленного водного раствора сульфата калия. Вода окисляется до кислорода на аноде, в то время на катоде образуется газообразный водород. Эти газы собирают вместе в закрытую камеру, помещенную над раствором сульфата калия, измеряют их объем при известной температуре и давлении и затем вычисляют количество электричества. Иногда вместо раствора сульфата калия подвергают электролизу раствор гидразинсульфата в этом случае у анода образуется газообразный азот. [c.427]

Любая электрохимическая реакция представляет собой сложный многостадийный процесс. В самом деле, реагирующее вещество из объема раствора должно вначале подойти к поверхности электрода (стадия массопереноса)f затем войти в двойной электрический слой (стадия адсорбции), а после непосредственно электрохимической стадии переноса заряда через границу электрод/раствор (стадия разряда— ионизации) продукты реакции должны десорбироваться с поверхности электрода и уйти в объем раствора (стадии десорбции и массопереноса). Во многих случаях электрохимическую реакцию сопровождают стадии химического превращения реагирующих веществ и (или) продуктов реакции, которые могут протекать как в объеме раствора вблизи электрода (гомогенные химические стадии), так и на поверхности электрода в адсорбционном слое (гетерогенные химические стадии). Кроме того, если в электрохимической реакции участвуют твердые или газообразные вещества, то процесс осложняется стадиями образования или разрушения новой фазы (например, процессы электроосаждения и электрорастворения металлов, электролиз воды и др.). [c.212]

Кроме доступности, дешевизны и малой агрессивности, электролиты, применяемые для электролиза воды, должны иметь высокую электропроводность, позволяющую снизить потери напряжения на преодоление омического сопротивления электролита в ячейке, и такой ионный состав, чтобы на катоде могли протекать только процессы с образованием газообразного водорода, а на аноде — с образованием кислорода. Для этого в электролите должны отсутствовать ионы, которые могут выделяться на электродах с образованием других продуктов электролиза. Ниже приведены значения стандартных потенциалов выделения некоторых ионов из 1 и. водных растворов [c.31]

При падении напряжения на электродах до 1,8 в аккумулятор считается разряженным. При зарядке аккумулятора полярность электродов остается той же, что и при разрядке, а реакции протекают в обратном направлении. Благодаря большому перенапряжению водорода на свинце катодный процесс сводится к восстановлению катионов свинца и только после окончания его выделяется водород (гл. IV, 8). Одновременно на аноде образуется кислород. Начавшийся электролиз воды сопровождается резким повышением напряжения на зажимах (до 2,5—2,7 в) и свидетельствует об окончании зарядки аккумулятора. [c.221]

Более сложные процессы протекают при электролизе водных растворов электролитов, поскольку в этих процессах принимает участие вода. Рассмотрим электролиз концентрированного раствора хлорида натрия. В этом случае в растворе, кроме гидратированных ионов натрия и хлора, присутствуют молекулы воды и продукты ее диссоциации, которые участвуют в электродных реакциях. При прохождении тока через раствор к катоду будут двигаться катионы натрия и водород, а к аноду — хлорид и гидроксид-ионы. По этой причине реакции, протекающие на электродах, будут существенно отличаться от реакций, идущих в расплаве соли. [c.180]

Уравнения реакций (19.1), (19.2) и (19.3) представляют собой суммарное выражение процесса катодного выделения водорода при различных условиях электролиза. Этот процесс состоит из ряда последовательных стадий и может протекать по различным путям в зависимости от конкретных условий. Первая стадия — доставка к поверхности электрода частиц, служащих источником получаемого катодного водорода, протекает в данном случае без существенных торможений. Следующая за ней стадия отвечает разряду ионов водорода (или молекул воды) с образованием адсорбированных атомов водорода [c.403]

Энергозатраты в современных процессах электролиза воды. В современных промышленных процессах электролиза воды вследствие необратимых потерь напряжение на электродах практически превышает теоретическое (1,7 В) и составляет 1,8—2,9 В. Если в двухполюсных электролизерах процесс протекает при нормальном давлении и при плотностях тока от 500 до 2500 А/м2 (0,2—1,0 Нг/м поверхности электрода в час), то для производства 1 м Нг требуется 4,3—4,6 кВт-ч электроэнергии. [c.301]

Более сложные процессы электролиза протекают в водных растворах электролитов. В качестве примера рассмотрим электролиз йодного раствора хлорида натрия. При прохождении тока через. раствор протекающие на электродах процессы существенно отличаются от реакций, идущих в расплаве. На катоде вместо ионов N3+ будут восстанавливаться молекулы воды [c.175]

Так, известно несколько способов электролитического осаждения бериллия в твердом виде на катоде. В способе Вивиана [36] электролит состоял из двойного фторида ВеРг NaP и ВаРг, который добавлялся в таком количестве, чтобы содержание бария в расплаве составляло не менее 10—15%. Электролизером служил графитовый тигель. На верхний край тигля насаживалось охлаждаемое водой стальное кольцо, снабженное клеммами для двух электродов. Между этими электродами находился катод, который только касался поверхности расплава солей и в течение электролиза медленно поднимался вверх. Катод представлял собой охлаждаемый водой железный стержень с бериллиевым наконечником, на котором осаждался металл. Во время электролиза катод вращался вокруг своей оси, благодаря чему достигалось равномерное осаждение металла. Процесс протекал при 1200° в атмосфере азота. Осажденный металл получался высокой чистоты в виде крупных кристаллов. [c.340]

При разряде низковольтной батареи, состоящей, иапример, из трех элементов, исчерпание емкости одним из иих приведет к закономерному отказу батареи из-за резкого снижения разрядного напряжения. Если батарея состоит из большого числа последовательно включенных элементов, то полный разряд одного из них не повлияет существенно на напряжение батареи в целом. В результате исчерпавший емкость элемент превращается в потребителя тока, а на его электродах начинает протекать процесс электролиза воды или иные электродные реакции. Такое явление, названное переполюсовкой (знаки электродов при этом изменяются на противоположные), приводит к разогреву и разрушению элемента. [c.69]

Таким образом, при электролизе кислот, щелочей и соответствующих им солей щелочных и щелочноземельных металлов на платиновых электродах протекает один и тот же процесс — разложение воды, при этом выделение водорода и кислорода является первичным актом. Роль остальных компонентов раствора (ионов) сводится к обеспечению достаточной электропроводности. [c.261]

Коррозия металлов в кислых растворах как пример сопряженных реакций. В 4.1 были рассмотрены основные кинетические закономерности электрохимических процессов, относящихся к системам, в которых на поверхности металла протекает только одна электрохимическая реакция. Во многих случаях на электроде параллельно идут несколько электрохимических процессов. Например, катодное электроосаждение металлов осложняется параллельной катодной реакцией выделения водорода параллельно анодной реакции выделения хлора (хлорный электролиз) из водных растворов зачастую идет анодный процесс образования молекулярного кислорода из воды. [c.268]

При электролизе вблизи катода имеются катионы никеля (II) и вода. Так как стандартный электродный потенциал никелевого электрода равен -0,25 В, то на катоде будут протекать параллельно два процесса восстановление катионов никеля (II) и воды [c.111]

В гальваническом элементе катодом считается положительный полюс, анодом — отрицательный. При электролизе и других процессах, протекающих под действием приложенного извне постоянного тока, катодом считается отрицательный полюс, а анодом — положительный. Чтобы избежать путаницы со знаками электродов, всегда надо помнить, что на катоде протекают только восстановительные процессы, а на аноде — окислительные. Элемент может быть образован электродами из разных металлов. Для создания гальванического элемента с электродами из одного и того же металла необходимо, чтобы каждый из них находился в условиях, при которых возможно возникновение разности потенциалов между ними, — например, при различных температурах, насыщенности кислородом, концентрации растворов. Коррозионной средой может стать любой электролит морская вода, водопроводная вода, почва, растворы химических реактивов и т. п. Электроды гальванического. элемента должны быть соединены либо металлическим проводом, либо непосредственно друг с другом. В таком гальваническом или коррозионном элементе химическая энергия превращается в электрическую в результате этого и в металлической, и в электролитической частях элемента появляется электрический ток. [c.21]

Часто при проведении электролиза в электрохимических производствах раствор размешивают или заставляют его протекать между электродами. Размешивание может происходить и естественным путем, когда в процессе электрохимической реакции выделяется тепло и нагревшийся около электрода электролит поднимается вверх, уступая свое место новым порциям более холодного электролита. Размешивание интенсифицирует электрохимический процесс, подобно тому, как кристаллик соли в воде растворяется намного быстрее, если воду перемешивать. Однако кристаллик растает в воде, даже если она будет совершенно неподвижной. Аналогично этому, хотя и с меньшей скоростью, электролиз произойдет и в таких условиях, когда размешивание раствора полностью исключено. [c.50]

Натрий можно выделить электролизом водных растворов на ртутном катоде. Поскольку стандартный электродный потенциал натрия (Ыа Ыа) составляет —2,71 В, на катоде гораздо легче протекает разряд воды с образованием водорода даже при условии высокого водородного пере-напряжения (см.), имеющего место на ртутном катоде. Однако то обстоятельство, что натрий образует интерметаллические соединения со ртутью, которые растворимы в ртути и диффундируют в объем ртутного электрода, настолько уменьшает активность натрия у поверхности катода и его способность к обратной ионизации, что процесс разряда иона натрия становится преобладающим. Этот метод получения натрия не применяется в промышленности вследствие высокой стоимости извлечения натрия из амальгамы, и поэтому вернулись к использованию расплавов в качестве электролитов. [c.112]

В растворе, содержащем потенциалопределяющие ионы электродов с —1,18 В < ° <С О, при электролизе протекают параллельно два процесса — восстановление катионов металла и молекул воды, например [c.212]

Электрохимические (кулоно-, кондукто-, потенциометрические, полярографические) методы могут быть успешно применены для определения содержания воды. Наиболее распространены кулонометрические и меньше кондуктометрические. Кулонометрические методы основаны на способности чувствительного к воде реагента образовываться на электроде ячейки, а также на измерении продуктов реакции при электролизе. В этом случае массу воды определяют по количеству тока, пошедшего на электрохимические процессы в соответствии с законом Фарадея. Реально применяют метод кулонометрии, основанный на взаимодействии воды с тонкой пленкой пятиокиси фосфора. Механизм процесса заключается в электрохимическом разложении образовавшейся метафосфорной кислоты. При электролизе опять образуется исходная пятиокись фосфора, поэтому химический и электрохимический процессы протекают совместно и воду можно определять непрерывно с высокой разрешающей способностью и чувствительностью (до 0,001 %). Основным недостатком метода является необходимость применения для экстракции воды предварительно осущенного инертного газа. [c.305]

Взаимосвязь между кинетикой электродных процессов и прикладной электрохимией можно наиболее наглядно показать на примере электролиза воды. Составим электрохимическую ячейку, использовав раствор серной кислоты, ртутный катод и платиновый анод. При пропускании тока через эту систему происходит выделение водорода на ртути и кислорода на платине. Минимальную разность потенциалов, необходимую для осуществления такого процесса, легко подсчитать, изучив химическую реакцию 2На+02- - 2НзО при различных температурах. Затем на основе термодинамических соотношений можно сделать вывод, что эта реакция должна протекать при разности потенциалов на электродах 1,23 В. Однако при этой разности потенциалов для накопления 1 см водорода с 1 см поверхности электрода потребовалось бы вести электролиз почти полмиллиона лет. Термодинамика, давая ответ на вопрос о принципиальной возможности того или иного процесса, не позволяет рассчитать его скорость. В рассмотренных условиях скорость электродной реакции оказывается настолько малой, что реакция практически не идет. Если увеличить разность потенциалов до 3,5 В, то выделение водорода происходит с видимой скоростью, однако к. п, д. =(1,23/3,5)100 =35%, Остальные 65% электроэнергии превращаются в теплоту. Чтобы повысить к. п. д., необходимо увеличить скорость электродных процессов. Если вместо ртутного электрода в качестве катода использовать специальным образом обработанный платиновый, то удается увеличить скорость выделения водорода в 1 млрд. раз. [c.13]

Как видно, равновесный потенциал кислородного электрода отрицательнее равновесного потенциала хлорного электрода. Однако выделение кислорода протекает со значительно более высокой поляризацией, чем выделение хлора (рис. VII. 10), поэтому при малых плотностях тока выделяется лишь кислород, при потенциале Е токи на выделение хлора и кислорода сравниваются, а при потенциале Ej (высокая плотность тока) выделяется в основном хлор. Таким образом, при электролизе раствора Na l на катоде выделяется водород, а на аноде — хлор, т. е. наряду с электролизом воды идет процесс [c.212]

Если при наложении положительного потенциала весь ток или его большая часть расходуется на растворение металла (его переход в раствор в виде ионов), то металл находится в активном состоянии и, следовательно, не может быть использован в этих условиях в качестве анода. Если же при анодной поляризации ток практически полностью расходуется на другой процесс, для протекания которого требуется более положительный потенциал, чем для раствореция металла (например, выделение кислорода на никеле при электролизе воды), в этом случае металл пассивен и может служить анодным материалом. Пассивация вызывает существенное изменение поверхностного слоя металла, благодаря чему становится возможным протекание процесса, требующего большей затраты энергии, тогда как растворение металла — более легкий процесс в отношении затраты энергии — полностью прекращается или протекает с очень малой скоростью. При этом нарушается закон электрохимической кинетики, согласно которому скорость анодного растворения металла должна возрастать при увеличении потенциала электрода. При изменении условий, в которых находится металл, состояние пассивности в ряде случаев может быть нарушено. Поэтому изменения плотности тока (или потенциала металла), концентрации электролита, температуры или других условий поляризации, иногла совсем незначительные, могут служить причиной перехода металла из пассивного состояния в активное и наоборот. [c.206]

Получение водорода из воды и угля в поглотительной жидкости. Процесс протекает при пропускании постоянного электрического тока через суспензию угля в воде. Электролиз осуществляется при повышенных температуре и давлении в потоке циркулирующей через систему инертной поглотнтельной жидкости, которая смывает с электродов газы, что способствует деполяризации электродов и протеканию прямой реакции. Теоретический расход энергии составляет 39,77 кДж/моль водорода при разности потенциалов 0,21 В (в обычном электролизере 241,58 кДж/моль водорода при 1,23 В). [c.313]

Таким образом, при электролизе кислот, щелочей л соответствующих солей щелочных и щелочноземельных металлов на З лектродах протекает единственный процесс разложения воды, т. е. выделение водорода и кислорода является первичным процессом при электролизе. Ролъ остальных ионов сводится лишь к обеспечению достаточной для электролиза электропроводности. Следует подчеркнуть, что близость э.д.с. поляри 1ации при з лектролизе кислородсодержащих кислот и щелочей н,1блюдает-ся только при использовании электродов из определенных металлов (Pt, Pd), на которых мало перенапряжение водорода. [c.617]

Напишите в виде уравнений, какие процессы протекают на электродах при электролизе воды, подкисленной серной кнслотой. [c.78]

При пропускании постоянного тока через водные растворы солей, кислот и щелочей происходит электрохимическое разложение веществ на электродах, погруженных в раствор. В некоторых случаях разлагается растворенное вещество, в других случаях — вода. Разложение вещества под действием постоянного электрического тока называется электролизом. На положительном электроде происходит окисление, а на отрицагельном — восстановление. Таким образом, при электролизе окислительно-восстановительные процессы протекают в обратном направлении по [c.259]

Для очистки сточных вод от различньк растворимых и диспергированных примесей применяют процессы электролиза анодного окисления и катодного восстановления, элегсгрокоагуляции, элекгрофлокуляции и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Сюда же мы относим и методы гальванокоагуляции. [c.358]

Необходимо отметить, что уравнение (Х-1), как суммарное, не отражает тех процессов, которые протекают при прохождении электрического тока через раствор и при выделении газов на электродах. По современным представлениям при электролизе воды с применением щелочного электролита (NaOH) имеют место следующие процессы. [c.232]

Минимальное напряжение на электродах, при котором может протекать стационарный процесс (i = onst > 0), назьшается напряжением разложения электролита. Напряжение разложения характеризует общую поляризацию при электролизе и равно сумме ЭДС соответствующего элемента и перенапряжения электродных реакций. Например, теоретически (при i = 0) величина напряжения разложения воды равна равновесной ЭДС элемента, в котором идет электрохимический синтез воды и, как отмечалось в I этой главы, близка к 1,23 В. В этом элементе электроды платиновые. Перенапряжение выделения водорода на платине практически отсутствует, а для выделения кислорода на платине т) = 0,45 В. Поэтому напряжение разложения воды прн i О больше или равно 1,68 В. [c.303]