Анодные процессы

На аноде также может происходить несколько процессов:

• окисление и растворение металла анода при электролизе с активным анодом:

Me – ē = Meⁿ⁺

• окисление молекул воды (в нейтральной или кислой среде):

2H₂O – 4 ē = O₂ + 4H⁺,

• окисление гидроксид-ионов (в щелочной среде):

4OH^– – 4 ē = O₂ + 2H₂O

• окисление анионов солей (NO₂^–, S^2–, SO₃^2– и др.).

Если в растворе присутствуют анионы, содержащие элементы в высшей степени окисления или анионы, потенциал которых больше +1,8 В (например, F^–), то на аноде окисляются молекулы воды.

Окислению на аноде могут подвергаться только анионы, потенциал которых меньше +1,8 В:

2I^– – 2 ē = I₂ , Е ⁰ = – 0,54 В

SO₃^2– – 2 ē + 2 OH^– = SO₄^2– + H₂O , Е ⁰ = – 0,93 В

Законы фарадея

Законы Фарадея определяют зависимость между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, подвергшегося химическому превращению на электроде.

1. Масса образующегося или растворяющегося при электролизе вещества пропорциональна количеству прошедшего через раствор электричества.

2. При электролизе различных химических соединений равные количества электричества приводят к электрохимическому превращению эквивалентных количеств веществ.

При проведении электрохимических расчетов используют формулу

,

где m – масса вещества, выделившегося на электроде, г;

I – сила тока, А;

t – время, с;

n – число электронов, участвующих в процессе;

F – постоянная Фарадея, 96485 Кл/моль (округленно 96500Кл/моль).

Определение объема выделяющихся газообразных продуктов при нормальных условиях можно рассчитать в соответствии с уравнением

,

где V – объем выделяющегося газа, л;

V_M – молярный объем газа (при нормальных условиях 22,4 л/моль.)

6.13. Примеры решения и оформления заданий

Пример 1. Рассмотрите схему электролиза раствора сульфата калия с инертными электродами.

K₂SO₄ = 2 K⁺ + SO₄^2–

К (–) K^+, H2O Е^0 К^+/К = – 2,93 В Е 2H2O/H2 ≈ – 1 В Ионы калия не разряжаются, происходит восстановление воды 2Н2О + 2ē = Н2 + 2ОН^–

А (+) SO4^2–, H2O Е O2/2H2O ≈ + 1,8 В Сульфат-ионы не окисляются, происходит окисление воды 2H2O – 4 ē = O2 + 4H^+

Пример 2. Рассмотрите схему электролиза раствора хлорида меди (II) с инертными электродами. Рассчитайте массу или объем (при нормальных условиях для газов) продуктов, выделяющихся при пропускании в течение 1 часа тока силой 3 А.

СuCl₂ = Cu²⁺ + 2Cl^–

К (–) Cu^2+, H2O Е^0 Сu^2+/Cu = + 0,34 В Е 2H2O/H2 ≈ – 1 В Cu^2+ + 2 ē = Cu

А (+) Cl^–, H2O Е^0 2Cl^–/Cl2 = + 1,36 В Е O2/2H2O ≈ + 1,8 В 2Cl^– – 2 ē = Cl2

Пример 3. Рассмотреть схему электролиза раствора хлорида никеля (II) с никелевым анодом:

NiCl₂ = Ni⁺ + 2Cl^–

К (–) Ni^2+, H2O Е^0 Ni^2+/Ni = – 0,25 В Е 2H2O/H2 ≈ – 1 В Ni^2+ + 2 ē = Ni

А (+) – Ni Cl^–, H2O Е^0 Ni^2+/Ni = – 0,25 В Е^0 2Cl^–/Cl2 = + 1,36 В Е O2/2H2O ≈ + 1,8 В Ni – 2 ē = Ni^2+ Происходит растворение анода