Катодные процессы при электролизе растворов солей

Электрохимический ряд напряжений металлов
Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al	Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb	Н2	Sb Bi Cu Hg Ag Pt Au
Меn+ не восстанавливаются 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН‾	Mn+ + ne- = М0 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН‾		Mn+ + ne- = М0

Таблица 2

Анодные процессы при электролизе водных растворов

Анод	Кислотный остаток Аm‾
	бескислородный	кислородсодержащий
Нерастворимый (инертный)	Окисление аниона, кроме фторидов Аm‾ - mе- = A0	В щелочной среде: 4ОН‾ - 4е- = О2 + 2Н2О В кислой и нейтральной среде: 2Н2О - 4е- = О2 + 4Н+
Растворимый	Окисление металла анода: М0 – ne- = Mn+

Приведем примеры процессов электролиза растворов солей.

Пример 1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора нитрата меди(II) на инертных электродах.

Руководствуясь перечисленными правилами, напишем уравнения катодной и анодной реакций и уравнение реакции суммарного процесса:

Катодная реакция:	Сu2+ + 2е- = Сu0	2
Анодная реакция:	2Н2О - 4е- = О2 + 4Н+ Анионы NO не окисляются!	1
Суммарный процесс:	2Сu2+ + 2Н2О =2Сu0 + О2 + 4Н+ в молекулярном виде: 2Cu(NO3)2 + 2H2O = 2Cu + O2 + 4HNO3

Таким образом, на катоде выделяется медь, а на аноде – кислород. В анодном пространстве накапливается азотная кислота.

Пример 2. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора бромида натрия на инертных электродах.

Руководствуясь перечисленными правилами, напишем уравнения катодной и анодной реакций и уравнение реакции суммарного процесса:

Катодная реакция:	Ионы Na+ не восстанавливаются! 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН‾	1
Анодная реакция:	2Br‾ - 2е- = Br2	1
Суммарный процесс:	2Н2О + 2Br‾ = Н2 + 2ОН‾ в молекулярном виде: 2NaBr + 2H2O = Н2 + 2NaОН + Br2

Таким образом, на катоде выделяется водород, а на аноде – бром. В катодном пространстве накапливается гидроксид натрия.

Пример 3. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора гидроксида калия на инертных электродах.

Руководствуясь перечисленными правилами, напишем уравнения катодной и анодной реакций и уравнение реакции суммарного процесса:

Катодная реакция:	Ионы К+ не восстанавливаются! 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН‾	2
Анодная реакция:	4ОН‾ - 4е- = О2 + 2Н2О	1
Суммарный процесс:	4 + 4 = 2Н2 + 4 + О2 + 2 в молекулярном виде: 2Н2О = 2Н2 + О2

Таким образом, на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород, т.е. процесс электролиза в данном случае сводится к разложению молекул воды.

Пример 4. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора ацетата натрия на инертных электродах.

В результате электролиза водных растворов солей щелочных металлов карбоновых кислот происходит образование углеводородов вследствие рекомбинации углеводородных радикалов. Впервые этот процесс осуществил Г. Кольбе (1849). В общем виде электролиз солей карбоновых кисло можно записать следующим образом:

Катодная реакция:	2Н2О + 2е‾ → Н2 + 2ОН	1
Анодная реакция:	2RСОО – 2е‾ → С2Н6 + 2СО2	1
Суммарный процесс:	2Н2О + 2RСОО → Н2 + 2ОН + R-R + 2СО2 в молекулярном виде: 2СН3СООNa + 2Н2О → Н2 +2NaOH + R-R + 2CО2 (если катодное и анодное пространство разделены), или: 2RСООNa + 2Н2О → Н2 + R-R + 2NaHCO3 (если катодное и анодное пространство не разделены)

Таким образом, при электролизе солей карбоновых кислот на катоде образуется водород, а на аноде – углеводород и углекислый газ; в катодном пространстве накапливается щелочь. В случае если катодное и анодное пространства не разделены, углекислый газ взаимодействует со щелочью, в результате чего образуется гидрокарбонат.

В случае электролиза водного раствора ацетата натрия будут происходить следующие процессы:

Катодная реакция:	2Н2О + 2е‾ → Н2 + 2ОН	1
Анодная реакция:	2СН3СОО – 2е‾ → С2Н6 + 2СО2	1
Суммарный процесс:	2Н2О + 2СН3СОО → Н2 + 2ОН + С2Н6 + 2СО2 в молекулярном виде: 2СН3СООNa + 2Н2О → Н2 +2NaOH + C2H6 + 2CО2 или 2СН3СООNa + 2Н2О → Н2 + С2Н6 + 2NaHCO3