5. Электролиз

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий под действием постоянного электрического тока. Он возможен в растворах или расплавах электролитов. При электролизе на отрицательно заряженном электроде (катоде) происходит процесс восстановления (молекулы или ионы присоединяют электроны), на положительно заряженном электроде (аноде) — процесс окисления (молекулы или ионы отдают электроны). Инертные электроды (графит, золото, платина) в процессе электролиза химически не изменяются. Аноды из более активных металлов (никель, железо, медь и др.) при электролизе могут окисляться, при этом идет их растворение.

В водных растворах электролитов в процессах, протекающих на электродах, могут участвовать молекулы воды. Они легче, чем катионы наиболее актив­ных металлов (расположенных в начале ряда напря­жений по алюминий включительно) восстанавливаются, на катоде: 2Н₂O + 2 = Н₂ + 2OН^¯. Молекулы воды могут восстанавливаться также вместе с ионами метал­лов, стоящих в ряду напряжений между алюминием и водородом. На аноде молекулы воды окисляются в тех случаях, когда идет электролиз растворов, со­держащих ионы кислородсодержащих кислот (SO₄^2-, NО₃^¯ и др.):

4H₂O – 4 =O₂+4H⁺.

Пример 1. Напишите уравнения реакций, протекаю­щих на инертных электродах при электролизе рас­плавов: а) СаС1₂; б) NaOH.

Р е ш е н и е. На катоде: а) Ca²⁺+2 =Ca;

б) Na⁺+ =Na;

На аноде: а) 2Cl¯ – 2 =Cl₂;

б) 4OH¯ – 4 =2H₂O+O₂.

Пример 2. Напишите уравнения реакций, проте­кающих на инертных электродах при электролизе вод­ного раствора СuС1₂.

Р е ш е н и е. Учтем, что в ряду напряжений медь расположена правее водорода и что взята соль бескислородной кислоты.

На катоде: Сu²⁺+2 =Cu. На аноде 2Cl¯ – 2 =Cl_2.

Пример 3. Напишите уравнения реакций, проте­кающих на инертных электродах при электролизе вод­ного раствора Na₂SO₄.

Р е ш е н и е. Учтем, что натрий – активный металл и что взята соль кислородсодержащей кислоты.

На катоде: 2H₂O+2 =H₂+2OH¯.

На аноде: 2H₂O – 4 = O₂+4Н⁺.

Идет электролитическое разложение воды. Концентрация соли повышается.

Пример 4. Напишите уравнения реакций, протекающих на цинковых электродах при электролизе водного раствора сульфата цинка.

Р е ш е н и е. Цинковый электрод активный. В этом случае возможно окисление и растворение самого анода.

На катоде: Zn²⁺+2 =Zn. На аноде: Zn– 2 = Zn²⁺.

Анод растворяется, цинк из раствора осаждается на катоде. Идет перенос металла. Подобный процесс находит практическое применение при электрорафинировании металлов.

5-1. Какой из перечисленных ниже процессов является электролизом: а) диссоциация электролитов на ионы в водном растворе; б) окислительно-восстановительный процесс, происходящий под действием электрического тока; в) окислительно-восстановительный процесс, протекающий между двумя веществами в растворе?

5-2. Какие из веществ — поваренная соль, сахар, сульфат меди, глицерин, нитрат натрия, серная кислота — могут подвергаться электролизу в водном растворе?

5

ано

-3. На каком из электродов — катоде или аноде — может протекать каждый из процессов:

а) 2Cl¯– 2 =Cl₂;

б) 2Н⁺+2 =Н₂;

в) Fe²⁺+2 =Fe;

г) 4OH¯ – 4 =2H₂O+O₂?

5-4. Расплав гидроксида калия подвергается электролизу. Напишите схему процессов, происходящих на инертных электродах.

*5-5. Напишите уравнения реакций, происходящих на инертных электродах при электролизе водных растворов соляной и фосфорной кислот.

*5-6. При электролизе водных растворов каких из веществ — сульфата лития, хлорида меди, гидроксида лития, сульфида калия, йодида бария, нитрата серебра, бромоводородной кислоты — происходит разложение воды?

*5-7. Расположите ионы Cu²⁺, Zn²⁺, Hg²⁺, Pb²⁺ в последовательности, в которой они будут восстанавливаться на катоде при электролизе водного раствора, содержащего эти ионы в одинаковой концентрации (моль/л).

5-8. Приведите примеры металлов, которые можно получить путем электролиза: а) водных растворов их солей, б) расплавов их солей.

*5-9. Какие процессы будут протекать на инертных электродах при электролизе водных растворов: а) хлорида золота (III); б) бромида меди (II); в) хлорида магния; г) нитрата бария; д) бромида цинка?

5-10. Будут ли одинаковыми продукты электролиза водных растворов солей: а) нитрата ртути и нитрата серебра ; б) нитрата кальция и сульфата натрия; в) хлорида натрия и хлорида калия; г) сульфида калия и бромида калия?

5-11. Будут ли одинаковыми продукты электролиза водного раствора и расплава бромида натрия? Напи­шите уравнения реакций, протекающих на электродах.

5-12. Водные растворы хлорида меди и нитрата натрия одинаковой концентрации (моль/л) подвергали некоторое время электролизу. Как изменилась концент­рация этих растворов?

*5-13. Как и почему изменяется (увеличивается или уменьшается) при электролизе концентрация растворов: а) сульфата натрия; б) хлорида цинка?

*5-14. Почему при электролизе водного раствора хлорида натрия в катодном пространстве накапли­вается щелочь?

*5-15. Почему при электролизе водного раствора сульфата меди в анодном пространстве накапливает­ся серная кислота?

5-16. Напишите уравнения реакций, протекающих на медных электродах при электролизе водного раство­ра нитрата меди.

*5-17. Будут ли одинаковыми продукты электро­лиза водного раствора сульфата никеля, выделяю­щиеся на разных электродах: а) электроды инертные (Pt); б)электроды активные (Ni)?

*5-18. Будут ли одинаковыми продукты электро­лиза водного раствора хлорида железа (II), выделяю­щиеся на разных анодах: а) анод инертный (С); б) анод активный (Fe)?