Электролиз

Окислительно-восстановительный процесс, вызванный действием постоянного электрического тока, называется электролизом. Окислительно-восстановительное действие электрического тока во много раз сильнее действия химических веществ. Так, ни один химический элемент не может отнять у иона фтора (F^-) его электрон. Поэтому фтор долгое время не могли получить в свободном состоянии, хотя его соли широко распространены в природе. Получить фтор удалось лишь при электролизе его расплавленных солей. На аноде выделяется фтор:

2F^- - 2e^- = F₂,

а на катоде - металлический натрий:

Na⁺ + e^- = Na.

Электролиз расплава соли

При высоких температурах расплав соли хорошо диссоциирует на ионы. При погружении в расплав соли платиновых или угольных электродов, присоединенных к источнику тока, ионы приобретают направленное движение.

Электролиз расплава хлорида натрия:

NaCl(расплав)

К(-)	А(+)

Na₂SO₄(расплав)

К(-)	А(+)

K₂CO₃(расплав)

К(-)	А(+)

Na₂SiO₃(расплав)

К(-)	А(+)

AgNO₃(расплав)

К(-)	А(+)

Электролиз водных растворов

При электролизе водных растворов электролитов протекают более сложные процессы.

Катодные процессы.

Катод - электрод, на котором протекают процессы восстановления. Чем левее находится металл в ряду напряжений, тем труднее его катионы восстанавливаются на катоде.

NaCl(раствор)

К(-)	А(+)

CuCl₂(раствор)

К(-)	А(+)

ZnCl₂(раствор)

К(-)	А(+)

Вывод:

1. Катионы металлов, имеющих стандартный электродный потенциал больший, чем у водорода ( от Cu²⁺ до Au³⁺), при электролизе практически полностью восстанавливаются на катоде.

2. Катионы металлов, имеющих малую величину стандартного электродного потенциала (от Li⁺ до Al³⁺ включительно), не восстанавливаются на катоде, а вместо них восстанавливаются молекулы воды.

3. Катионы металлов, имеющих стандартный электродный потенциал меньший, чем у водорода, но больший, чем у алюминия (от Al³⁺ до Н), при электролизе на катоде восстанавливаются одновременно с молекулами воды.

Электролиз раствора HCl

К(-)	А(+)
Е^0(воды)=-0,41B Е^0(протона) = 0B, а восстанавливается тот, у которого потенциал выше.

Анодные процессы.

Анод -электрод, на котором идет процесс окисления. В растворах солей или кислот на аноде окисляются анионы бескислородных кислот (кроме F^-) - это связано с перенапряжением на аноде при выделении О₂.

Если в состав соли входит анион кислородсодержащей кислоты, то окисляются молекулы воды.

Cu(NO₃)₂(раствор)

К(-)	А(+)

KNO₃(раствор)

К(-)	А(+)

ток включен:

ток выключен:

CH₃COONa(раствор)

К(-)	А(+)

KOH(раствор)

К(-)	А(+)

На активных (растворимых) электродах:

При растворимом аноде во внешнюю цепь посылает электроны сам анод. При отдаче электронов смещается равновесие между электродом и раствором.

CuCl₂(раствор) медные электроды

К(-)	А(+)
	- идет растворение анода, концентрация CuCl2 не изменяется.

KCl(раствор) медные электроды

К(-)	А(+)
H2O E^0=-0,41B Cu^2+ E^0=0,34 - идет тот процесс, потенциал которого выше

На растворимых электродах идет растворение анода и восстановление полученных катионов на катоде.

Задания

1. Для ионных реакций электролиза растворов солей напишите уравнения в молекулярной форме и уравнения процессов на катоде и аноде:

• S^2- + 2HOH  2OH^- + 2H₂ + S

• 2Br^- + 2H₂O  2H₂ + 2OH^- + Br₂

• Приведите примеры электролиза солей, когда на катоде выделяется а) водород, б) щелочь, в) металл.

1. Напишите уравнения реакций, протекающих на медном аноде при электролизе растворов: а) CuSO₄, б) NaBr, в) Hg(NO₃)₂, г) ZnCl₂.

2. Одинаковы ли будут продукты, выделяющиеся на электродах при электролизе водных растворов: а) K₂CO₃ и Na₂SO₄; б) NaCl и СaCl₂; в) Ba(NO₃)₂ и Pb(NO₃)₂.

3. При электролизе каких водных растворов происходит разложение воды: хлорид калия, нитрат натрия, серная кислота, хлорид меди, сульфат цинка, гидроксид калия?

4. Через электролизер, содержащий 300мл раствора с  (КОН) = 22,4% и  = 1,2 г/мл, пропустили электрический ток. Рассчитайте массовую долю КОН в растворе после отключения тока, если известно, что на катоде выделилось 89,6 л газа (н.у.).

5. При электролизе раствора хлорида двухвалентного металла на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.), а на катоде - 1,6 г металла. Какой это металл?

6. При электролизе водного раствора хлорида меди (II) масса катода увеличилась на 3,2 г. Какой продукт и в каком количестве образовался на инертном аноде?