Электролиз сульфата железа 2

Электролиз

Электролиз (греч. elektron — янтарь + lysis — разложение) — химическая реакция, происходящая при прохождении постоянного тока через электролит. Это разложение веществ на их составные части под действием электрического тока.

Процесс электролиза заключается в перемещении катионов (положительно заряженных ионов) к катоду (заряжен отрицательно), и отрицательно заряженных ионов (анионов) к аноду (заряжен положительно).

Итак, анионы и катионы устремляются соответственно к аноду и катоду. Здесь и происходит химическая реакция. Чтобы успешно решать задания по этой теме и писать реакции, необходимо разделять процессы на катоде и аноде. Именно так и будет построена эта статья.

Катод

К катоду притягиваются катионы — положительно заряженные ионы: Na + , K + , Cu 2+ , Fe 3+ , Ag + и т.д.

Чтобы установить, какая реакция идет на катоде, прежде всего, нужно определиться с активностью металла: его положением в электрохимическом ряду напряжений металлов.

Если на катоде появился активный металл (Li, Na, K) то вместо него восстанавливаются молекулы воды, из которых выделяется водород. Если металл средней активности (Cr, Fe, Cd) — на катоде выделяется и водород, и сам металл. Малоактивные металлы выделяются на катоде в чистом виде (Cu, Ag).

Замечу, что границей между металлами активными и средней активности в ряду напряжений считается алюминий. При электролизе на катоде металлы до алюминия (включительно!) не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды — выделяется водород.

В случае, если на катод поступают ионы водорода — H + (например при электролизе кислот HCl, H2SO4) восстанавливается водород из молекул кислоты: 2H + — 2e = H2

К аноду притягиваются анионы — отрицательно заряженные ионы: SO4 2- , PO4 3- , Cl — , Br — , I — , F — , S 2- , CH3COO — .

При электролизе кислородсодержащих анионов: SO4 2- , PO4 3- — на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды, из которых выделяется кислород.

Бескислородные анионы окисляются и выделяют соответствующие галогены. Сульфид-ион при оксилении окислении серу. Исключением является фтор — если он попадает анод, то разряжается молекула воды и выделяется кислород. Фтор — самый электроотрицательный элемент, поэтому и является исключением.

Анионы органических кислот окисляются особым образом: радикал, примыкающий к карбоксильной группе, удваивается, а сама карбоксильная группа (COO) превращается в углекислый газ — CO2.

Примеры решения

В процессе тренировки вам могут попадаться металлы, которые пропущены в ряду активности. На этапе обучения вы можете пользоваться расширенным рядом активности металлов.

Теперь вы точно будете знать, что выделяется на катоде 😉

Итак, потренируемся. Выясним, что образуется на катоде и аноде при электролизе растворов AgCl, Cu(NO3)2, AlBr3, NaF, FeI2, CH3COOLi.

Иногда в заданиях требуется записать реакцию электролиза. Сообщаю: если вы понимаете, что образуется на катоде, а что на аноде, то написать реакцию не составляет никакого труда. Возьмем, например, электролиз NaCl и запишем реакцию:

Натрий — активный металл, поэтому на катоде выделяется водород. Анион не содержит кислорода, выделяется галоген — хлор. Мы пишем уравнение, так что не можем заставить натрий испариться бесследно 🙂 Натрий вступает в реакцию с водой, образуется NaOH.

Запишем реакцию электролиза для CuSO4:

Медь относится к малоактивным металлам, поэтому сама в чистом виде выделяется на катоде. Анион кислородсодержащий, поэтому в реакции выделяется кислород. Сульфат-ион никуда не исчезает, он соединяется с водородом воды и превращается в серую кислоту.

Электролиз расплавов

Все, что мы обсуждали до этого момента, касалось электролиза растворов, где растворителем является вода.

Перед промышленной химией стоит важная задача — получить металлы (вещества) в чистом виде. Малоактивные металлы (Ag, Cu) можно легко получать методом электролиза растворов.

Но как быть с активными металлами: Na, K, Li? Ведь при электролизе их растворов они не выделяются на катоде в чистом виде, вместо них восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород. Тут нам как раз пригодятся расплавы, которые не содержат воды.

В безводных расплавах реакции записываются еще проще: вещества распадаются на составные части:

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Пройдите тест для закрепления знаний

На катоде выделяется водород, так как литий является активным металлом, и вместо него восстанавливаются молекулы воды.

На аноде выделяется йод, так как галогенид ионы окисляются до соответствующих галогенов.

На катоде выделяется металл — серебро, так как серебро относится к малоактивным и восстанавливается само.

При электролизе безводного расплава выделяется сам металл. Этот способ является методом получения активных металлов.

Алюминий является активным металлом, при электролизе его солей на катоде выделяется водород.

Электролиз расплавов и растворов

Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей)

Если в раствор или расплав электролита опустить электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться направленно: катионы к катоду (отрицательно заряженному электроду), анионы к аноду (положительно заряженному электроду).

На катоде катионы принимают электроны и восстанавливаются, на аноде анионы отдают электроны и окисляются. Этот процесс называют электролизом.

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

Электролиз расплавленных солей

Рассмотрим процесс электролиза расплава хлорида натрия. В расплаве идет процесс термической диссоциации:

Под действием электрического тока катионы $Na^<+>$ движутся к катоду и принимают от него электроны:

Анионы $Cl^<->$ движутся к аноду и отдают электроны:

Суммарное уравнение процессов:

На катоде образуется металлический натрий, на аноде — газообразный хлор.

Главное, что вы должны помнить: в процессе электролиза за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая самопроизвольно идти не может.

Электролиз водных растворов электролитов

Более сложный случай — электролиз растворов электролитов.

В растворе соли, кроме ионов металла и кислотного остатка, присутствуют молекулы воды. Поэтому при рассмотрении процессов на электродах необходимо учитывать их участие в электролизе.

Для определения продуктов электролиза водных растворов электролитов существуют следующие правила:

1. Процесс на катоде зависит не от материала, из которого сделан катод, а от положения металла (катиона электролита) в электрохимическом ряду напряжений, при этом если:

1.1. Катион электролита расположен в ряду напряжений в начале ряда по $Al$ включительно, то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется водород $Н_2↑$). Катионы металла не восстанавливаются, они остаются в растворе.

1.2. Катион электролита находится в ряду напряжений между алюминием и водородом, то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды.

1.3. Катион электролита находится в ряду напряжений после водорода, то на катоде восстанавливаются катионы металла.

Читайте также  Из бани в снег

1.4. В растворе содержатся катионы разных металлов, то сначала восстанавливается катион металла, стоящий в ряду напряжений правее.

Катодные процессы

$Li K Ca Na Mg Al$
$Li^ <+>K^ <+>Ca^ <2+>Na^ <+>Mg^ <2+>Al^<3+>$
$Mn Zn Fe Ni Sn Pb$
$Mn^ <2+>Zn^ <2+>Fe^ <2+>Ni^ <2+>Sn^ <2+>Pb^<2+>$
$H_2$
$2H^<+>$
$Cu Hg Ag Pt Au$
$Cu^ <2+>Hg_2^ <2+>Ag^ <+>Pt^ <2+>Au^<3+>$
Восстанавливается вода:
$2H_2O+2ē=H_2↑+2OH^<−>;$
$M^$ не восстанавливается
Восстанавливаются катионы металла и вода: $M^+nē=M^0$
$2H_2O+2ē=H_2↑+2OH^<−>$
Восстанавливаются катионы металла: $M^+nē=M^0$
$nē→$
Усиление окислительных свойств катионов (способности принимать электроны)

2. Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона.

Анодные процессы

Кислотный остаток $Ас^$ Анод
Растворимый Нерастворимый
Бескислородный Окисление металла анода
$M^<−>−nē=M^$
анод раствор
Окисление аниона (кроме $F^<–>$)
$Ac^−mē=Ac^0$
Кислородсодержащий В кислотной и нейтральной средах:
$2H_2O−4ē=O_2↑+4H^<+>$
В щелочной среде:
$4OH^<−>−4ē=O_2↑+4H^<+>$

2.1. Если анод растворяется (железо, цинк, медь, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то окисляется металл анода, несмотря на природу аниона.

2.2. Если анод не растворяется (его называют инертным — графит, золото, платина), то:

а) при электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисления аниона;

б) при электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде идет процесс окисления воды (выделяется $О_2↑$). Анионы не окисляются, они остаются в растворе;

в) анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:

Попробуем применить эти правила в конкретных ситуациях.

Рассмотрим электролиз раствора хлорида натрия в случае, если анод нерастворимый и если анод растворимый.

1) Анод нерастворимый (например, графитовый).

В растворе идет процесс электролитической диссоциации:

Учитывая присутствие ионов $Na^<+>$ в растворе, составляем молекулярное уравнение:

2) Анод растворимый (например, медный):

Если анод растворимый, то металл анода будет окисляться:

Катионы $Cu^<2+>$ в ряду напряжений стоят после ($Н^<+>$), по этому они и будут восстанавливаться на катоде.

Концентрация $NaCl$ в растворе не меняется.

Рассмотрим электролиз раствора сульфата меди (II) на нерастворимом аноде:

Суммарное ионное уравнение:

Суммарное молекулярное уравнение с учетом присутствия анионов $SO_4^<2->$ в растворе:

Рассмотрим электролиз раствора гидроксида калия на нерастворимом аноде:

Суммарное ионное уравнение:

Суммарное молекулярное уравнение:

В данном случае, оказывается, идет только электролиз воды. Аналогичный результат получим и в случае электролиза растворов $H_2SO_4, NaNO_3, K_2SO_4$ и др.

Электролиз расплавов и растворов веществ широко используется в промышленности:

  1. Для получения металлов (алюминий, магний, натрий, кадмий получают только электролизом).
  2. Для получения водорода, галогенов, щелочей.
  3. Для очистки металлов — рафинирования (очистку меди, никеля, свинца проводят электрохимическим методом).
  4. Для защиты металлов от коррозии (хрома, никеля, меди, серебра, золота) — гальваностегия.
  5. Для получения металлических копий, пластинок — гальванопластика.

Главное, что вы должны помнить: в процессе электролиза за счет электрической энергии осу­ществляется химическая реакция, которая само­произвольно идти не может.
Электролитические диссоциация и ассоциация

Более сложный случай — электролиз растворов электролитов. В растворе соли кроме ионов металла и кислот­ного остатка присутствуют молекулы воды. Поэтому при рассмотрении процессов на электродах не­обходимо учитывать их участие в электролизе.

Для определения продуктов электролиза во­дных растворов электролитов существуют следую­щие правила.

1. Процесс на катоде зави­сит не от материала катода, из которого он сделан, а от положения металла (катио­на электролита) в электрохи­мическом ряду напряжений, при этом, если:

1) катион электролита расположен в ряду напря­жений в начале ряда по Al включительно, то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется водород H2↑). Катионы металла не восстанавливаются, они остаются в раст­воре;

2) катион электролита находится в ряду напряже­ний между алюминием и водородом, то на ка­тоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды;

3) катион электролита находится в ряду напряже­ний после водорода, то на катоде восстанавли­ваются катионы металла;

4) в растворе содержатся катионы разных метал­лов, то сначала восстанавливается катион ме­талла, стоящий в ряду напряжений правее.

2. Процесс на аноде зависит от материала ано­да и от природы аниона:

1) если анод растворяется (железо, цинк, медь, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то окисляется металл анода, несмотря на природу аниона;

2) если анод не растворяется (его называют инер­тным — графит, золото, платина), то:

• при электролизе рас­творов солей бескисло­родных кислот (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисле­ния аниона;

• при электролизе рас­творов солей кислород­содержащих кислот и фторидов на аноде идет процесс окисления воды (выделяется 02↑). Анионы не окисляют­ся, они остаются в растворе;

• анионы по их способности окисляться рас­полагаются в следующем порядке:

Попробуем применить эти правила в конкрет­ных ситуациях.

Рассмотрим электролиз раствора хлорида на­трия в случае, если анод нерастворимый и если анод растворимый.

1. Анод нерастворимый (например, графитовый).

В растворе идет процесс электролитической диссоциации:

Учитывая присутствие ионов Na + в растворе, составляем молекулярное уравнение:

(гидроксид натрия образуется в катодном пространстве)

2. Анод растворимый (например, медный):

Если анод растворимый, то металл анода будет окисляться:

Катионы Cu 2+ в ряду напряжений стоят после (Н + ), поэтому они и будут восстанавливаться на ка­тоде.

Концентрация NaCl в растворе не меняется. Рассмотрим электролиз раствора сульфата ме­ди (II) на нерастворимом аноде:

Суммарное ионное уравнение:

Суммарное молекулярное уравнение с учетом присутствия анионов SO4 2- в растворе:

(серная кислота образуется в анодном пространстве)

Рассмотрим электролиз раствора гидроксида ка­лия на нерастворимом аноде:

Суммарное ионное уравнение:

Суммарное молекулярное уравнение:

В данном случае, оказывается, идет только электролиз воды. Аналогичный результат получим и в случае электролиза растворов H2SO4, NaNO3, K2SO4 и др.

Электролиз расплавов и растворов веществ ши­роко используется в промышленности.

Электролиз растворов солей

Если электролизу подвергаются растворы солей, то, наряду с ионами, образующимися при диссоциации соли, окисляться или восстанавливаться на электродах может и вода.

Существует определенная последовательность разряжения ионов на электродах в водных растворах.

1. Чем выше стандартный электродный потенциал металла, тем легче он восстанавливается. Иначе говоря, чем правее стоит металл в электрохимическом ряду напряжений, тем легче его ионы будут восстанавливаться на катоде. При электролизе растворов солей металлов от лития до алюминия включительно на катоде всегда восстанавливаются молекулы воды:

Если электролизу подвергаются растворы солей металлов, начиная с меди и правее меди, на катоде восстанавливаются только катионы металлов. При электролизе солей металлов от марганца MN до свинца Pb могут восстанавливаться как катионы металлов, так, в некоторых случаях, и вода.

2. На аноде окисляются анионы кислотных остатков (кроме F-). Если электролизу подвергаются соли кислородосодержащих кислот, то анионы кислотных остатков остаются в растворе, окисляется вода:

3. Если анод растворимый, то происходит окисление и растворение самого анода:

Пример: электролиз водного раствора сульфата натрия Na2SO4:

Рис. 2. Электролиз водного раствора сульфата натрия.

Так происходит электролиз, если катодное и анодное пространства разделены. Если же они не разделены происходит электролиз воды:

Рис. 3. Таблица электролиза расплавов и растворов.

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)

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

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:

Получение

Железный купорос можно приготовить действием разбавленной серной кислоты на железный лом, обрезки кровельного железа и т. д. В промышленности его получают как побочный продукт при травлении железных листов, проволоки, удалении окалины и др. разбавленной H2SO4.

F e + H 2 S O 4 → F e S O 4 + H 2 ↑ SO_<4>rightarrow FeSO_<4>+H_<2>uparrow >>>

Другой способ — окислительный обжиг пирита:

F e S 2 + 3 O 2 → F e S O 4 + S O 2 +3O_<2>rightarrow FeSO_<4>+SO_<2>>>>

В промышленности получают как побочный продукт производства оксида титана из ильменита.

Получение

В промышленности сульфат железа (III) получают прокаливанием пирита или марказита с NaCl на воздухе:

или растворяют оксид железа (III) в серной кислоте:

В лабораторной практике сульфат железа (III) можно получить из гидроокиси железа (III):

Препарат той же чистоты можно получить окислением сульфата железа (II) азотной кислотой:

также окисление можно провести кислородом или оксидом серы:

Концентрированные серная и азотная кислоты окисляют сульфид железа до сульфата железа (III):

Дисульфид железа можно окислить концентрированной серной кислотой:

Сульфат-аммоний железа (II) (соль Мора) также можно окислить дихроматом калия. Вследствие данной реакции выделятся сразу четыре сульфата — железа (III), хрома (III), аммония и калия, и вода:

Сульфат железа (III) можно получить как один из продуктов термического разложения сульфата железа (II):

Ферраты с разбавленной серной кислотой восстанавливаются до сульфата железа (III):

При нагревании пентагидрата до температуры 70—175 °C получается безводный сульфат железа (III):

Сульфат железа (II) можно окислить триоксидом ксенона:

Отзывы

Некоторые отзывы о применении препаратов Сульфата Железа:

  • … Лекарство назначила врач на 7 месяце беременности, так как сильно упал гемоглобин. Сказала, что питанием его уже в норму не привести и сказала пить это лекарство. Побочных действий у меня от таблеток не было, только кал окрашивался в черный цвет, но это меня не беспокоило”;
  • … От приема этого лекарства у меня был сильный запор, иногда тошнило после приема таблетки, но я терпела. В целом, мне препарат очень помог, гемоглобин через месяц нормализовался”;
  • … Три месяца с помощью этого препарата лечила железодефицитную анемию. Анализы были в норме уже после первых 4 недель применения. Хорошее лекарство”.

Тяжёлая форма

Если относительно лёгкой формы схемы довольно единодушны, то дальше наступают разночтения: следующие стадии называют и «средней тяжести», и «тяжёлой», упоминают довольно разные сценарии. На наш взгляд, правильнее в целом выделить тяжёлую форму (в противопоставление лёгкой) и отдельно сказать о некоторых экстремальных проявлениях.

1 день — примерно то же, что и при лёгкой форме, но температура выше (часто больше 38 градусов) и достаточно часто наступают слабость и боль в мышцах.

2-3 день — кашель, потеря обоняния и слуха, проблемы с ЖКТ — всё это довольно часто происходит вместе.

4-7 день — здесь начинает проявляться принципиальное отличие от лёгкой формы (раньше тяжёлое течение можно заподозрить, разве что если температура практически не опускается ниже 38 градусов). Тяжёлая форма характеризуется главной опасностью коронавируса — атакой на органы дыхания, лёгкие. Именно в этот период, как правило, приходят ощутимые проблемы с дыханием: одышка, сдавленность в груди, экстремальная слабость, вызванная уже не общим состоянием, а невозможностью нормально набрать кислород.

Одним словом, начинается коронавирусная пневмония. Дальше борьба уже ведётся именно с ней, заниматься самолечением в данном случае категорически не рекомендуется.

При пневмонии заболевание протекает заметно дольше. Основная часть пациентов начинает идти на поправку на 12-14 день. Полное же выздоровление наступает на 21-30 день.