Электролиз

Электролиз – это окислительно-восстановительный процесс, протекающий под действием постоянного электрического тока в расплаве или растворе электролита. Электрод, на котором протекает процесс восстановления, называется катодом, а электрод, на котором протекает процесс окисления, называется анодом. При рассмотрении катодных процессов материал электрода не имеет значения. Аноды могут быть двух типов. Активный или растворимый анод изготовляется из неблагородного металла, и, как правило, сам окисляется:

Me⁰ – z  Me^z+.

Если материал анода не принимает участие в электродной реакции, то он называется инертным. Это могут быть угольные или платиновые электроды.

Как правило, электролиз – это сложный комплекс одновременно протекающих химических и электродных реакций, мы же ограничимся рассмотрением электролиза с угольными электродами водных растворов сильных электролитов. В этих случаях характер электродных процессов зависит только от природы ионов, на которые диссоциируют электролиты.

Уравнение диссоциации сильного электролита в водном растворе:

К_хА_yxK^y++yA^x–, где К– катион, А– анион.

Рассмотрим порядок восстановления катионов:

Если стандартный потенциал металла

Уравнение катодного процесса:

2Н₂О+2Н₂+2ОН^–.

На катоде восстанавливаются только ионы водорода молекул воды.

Если стандартный потенциал металла лежит в пределах

-1,60 В,

то на катоде одновременно протекают процессы:

Если стандартный потенциал металла 0 В, то на катоде восстанавливаются только ионы металла:

Ме^z++zМе⁰.

При электролизе сильных кислот уравнение катодного процесса имеет вид:

2Н⁺+2Н₂

Рассмотрим порядок окисления анионов:

1. При электролизе растворов бескислородных кислот и их солей анионы и их солей: галогенид-ионы – Cl¯, Br¯, I¯ (кроме F¯) и сульфид ион S^2 окисляются по схеме:

2Г^––2Г₂

S^2––2S⁰

2. При электролизе растворов оснований гидроксид-ионы окисляются по схеме:

4OH^––4O₂+2Н₂О

3. При электролизе растворов, высших кислородных кислот и растворов содержащих фторид-ионы, уравнение анодного процесса имеет вид:

2Н₂О–4O₂+4Н⁺.

Массу или объем (для газов) образовавшихся при электролизе вещества можно определить по закону Фарадея:

g=Э·I·t/F, V=V_Э·I·t/F.

где Э– эквивалентная масса вещества, г/моль;

V_Э– эквивалентный объем газа л/моль;

F– постоянная Фарадея (F=96494 A·c/моль);

I– сила тока, А;

t– время электролиза, с.

1 Индекс 1 относится к исходному раствору (до разбавления), индекс 2 - к конечному раствору (после разбавления).

56