2.3. Электролиз

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

2.3.1. Электролиз расплава

Если в расплав хлорида калия погрузить угольные электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться к электродам: катионы калия K⁺ - к отрицательно-заряженному катоду, анионы Cl ^- - к положительно-заряженному аноду:

К ( - ) К⁺ + е => К⁰

А ( + ) 2 Cl ^- - 2 е => Cl₂

_{_____}________________________

_{электролиз}

2 КCl => 2 K + Cl_{2_______}

2.3.2. Электролиз раствора

Электролиз раствора более сложен, т.к. в нем принимают участие молекулы воды.

КАТОДНЫЙ ПРОЦЕСС. Возможны три случая.

1. Катионы металлов, расположенные в ряду напряжений от лития до алюминия (Li⁺ - Al³⁺), не восстанавливаются на катоде, а вместо них восстанавливаются молекулы воды:

2 H₂O + 2 e => H₂ + 2 OH^-1 .

2. Катионы металлов, расположенные в ряду напряжений от

алюминия до водорода ( Al³⁺ - 2H⁺), восстанавливаются на катоде совместно с молекулами воды:

Мⁿ⁺ + n e => M

2 H₂O + 2 e => H₂ + 2 OH^-1.

3. Катионы металлов, расположенные в ряду напряжений после

водорода (Сu²⁺ - Au³⁺) полностью восстанавливаются на катоде: Мⁿ⁺ + n e => M.

АНОДНЫЙ ПРОЦЕСС. Характер реакций зависит от присутствия молекул воды и от вещества, из которого сделан анод.

Нерастворимый анод (уголь, графит, платина и др.).

1. Анионы бескислородных кислот ( Cl ^-, Br ^- , I ^- , S^2- ) легко окисляются: 2Cl ^- - 2 e => Cl₂

S^2- -2 e => S⁰.

2. Анионы кислородсодержащих кислот( SO₄^2-, NO₃^-, PO₄^3-, CO₃^2-) на аноде не окисляются, вместо них окисляются молекулы воды:

2 H₂O - 4 e => O₂ + 4 H⁺ .

Растворимый анод (изготовляют из металлов: меди, серебра, цинка, кадмия, никеля и других) при электролизе разрушается, то есть переходит в раствор в виде ионов: М⁰ – n е => Мⁿ⁺ .

ПРИМЕР 1. Электролиз расплава хлорида меди.

СuCl₂ => Cu²⁺ + 2 Cl ^–

(-) Катод (С) Cu²⁺ + 2 e => Cu

(+) Анод (С) 2 Cl ^- - 2 e => Cl₂

_{электролиз}

СuCl₂ => Cu + Cl₂ .

ПРИМЕР 2. Электролиз раствора хлорида меди с угольными электродами.

СuCl₂ => Cu²⁺ + 2 Cl ^–

H₂O

(-) Катод (С) Cu²⁺ + 2 e => Cu

(+) Анод (С) 2 Cl ^- - 2 e => Cl₂

_{электролиз}

СuCl₂ => Cu + Cl₂ .

ПРИМЕР 3. Электролиз раствора хлорида меди с медным анодом.

СuCl₂ => Cu²⁺ + 2 Cl ^–

H₂O

(-) Катод (Cu) Cu²⁺ + 2 e => Cu

(+) Анод (Cu) Сu⁰ - 2 е => Cu²⁺ .

ПРИМЕР 4. Электролиз раствора сульфата цинка с платиновыми электродами. ZnSO₄ => Zn²⁺ + SO₄^2-

H₂O

(-) Катод (Pt) Zn²⁺ + 2 e => Zn

2 H₂O + 2 e => H₂ + 2 OH^-1

(+) Анод (Pt) 2 H₂O - 4 e => O₂ + 4 H⁺

_{электролиз}

Zn²⁺ + 2 H₂O => Zn + H₂ + O₂ + 2 H⁺

_{электролиз}

ZnSO₄ + 2 H₂O => Zn + H₂ + O₂ + H₂SO₄ .

ПРИМЕР 5. Электролиз сульфата цинка с цинковым анодом.

ZnSO₄ => Zn²⁺ + SO₄^2-

H₂O

(-) Катод (Zn) Zn²⁺ + 2 e => Zn

(+) Анод (Zn) Zn - 2 e => Zn²⁺.

ПРИМЕР 6. Электролиз сульфата калия с угольными электродами.

К₂ SO₄ => 2 К ⁺ + SO₄^2-

H₂O

(-) Катод (С) 2 H₂O + 2 e => H₂ + 2 OH^-1 .

(+) Анод (С) 2 H₂O - 4 e => O₂ + 4 H⁺

_{электролиз}

6 Н₂О => 2 H₂ + 4 OH^-1 + O₂ + 4 H⁺

или 2 Н₂О => 2 H₂ + O₂ .

ПРИМЕР 7. Электролиз сульфата калия с цинковыми электродами.

К₂ SO₄ => 2 К ⁺ + SO₄^2-

H₂O

(-) Катод (Zn) 2 H₂O + 2 e => H₂ + 2 OH^-1 .

(+) Анод (Zn) Zn - 2 e => Zn²⁺.

_{электролиз}

2 H₂O + Zn => H₂ + Zn(OH)₂ .