Электролиз

Электролиз – процесс, в котором химические реакции идут под действием электрического тока от внешнего источника, при этом электрическая энергия превращается в химическую. Путем электролиза можно осуществлять реакции, самопроизвольное протекание которых невозможно.

Электролиз проводят в электролизерах (электрохимических ячейках), состоящих из двух электродов, погруженных в раствор электролита.

Отрицательно заряженный электрод, на котором происходит процесс восстановления (присоединения электронов), называется катодом:

.

Положительно заряженный электрод, на котором происходит процесс окисления (отдача электронов), называется анодом:

.

В результате электролиза на электродах происходит выделение вещества из раствора электролита и изменение его состава возле поверхности электродов. Химические превращения при электролизе зависят от природы электролита и растворителя, материала электрода и присутствия других веществ в растворе.

Правила записи реакций на электродах при электролизе

Для того, чтобы написать уравнение электрохимической реакции, идущей на электроде, необходимо записать все теоретически возможные электрохимические реакции на данном электроде. Затем по величине стандартного электродного потенциала в ряду напряжений следует выбрать наиболее вероятную реакцию для данного электрода. Наиболее вероятной будет та электрохимическая реакция, стандартный электродный потенциал которой (Е⁰) будет самым маленьким по абсолютному значению.

Существуют эмпирические правила записи реакций на электродах при электролизе:

1. Все кислоты на катоде из любого материала разряжаются с выделением газообразного водорода:

2. Щелочные и щелочноземельные металлы (Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Mg²⁺) из водных растворов на катоде не выделяются из-за высокого потенциала разложения:

При электролизе водных растворов щелочных и щелочноземельных металлов на катоде идет выделение газообразного водорода из воды:

3. Все кислородсодержащие анионы ( ) на аноде не разряжаются из-за высокого потенциала разложения:

При электролизе кислородсодержащих анионов на аноде идет выделение кислорода из воды:

4. Если анод изготовлен из растворимого металла (Сu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺, Co²⁺, Sn²⁺, Ag⁺), то при электролизе происходит растворение материала анода:

;

;

Пример 5.6. Электролиз водного раствора соляной кислоты на инертных (Pt) электродах. Запишем все теоретически возможные электрохимические реакции на электродах и выберем наиболее вероятную:

Так как потенциал выделения водорода из протонов меньше, чем из молекул воды, то на катоде протекает реакция: .

Так как стандартные потенциалы выделения хлора и кислорода близки, следовательно, возможны обе реакции в зависимости от материала анода. На платиновом аноде преимущественно идет реакция выделения хлора: .

Суммарная реакция на электродах при электролизе водного раствора соляной кислоты:

.

Пример 5.7. Электролиз водного раствора нитрата натрия на инертных (Pt) электродах. Запишем все теоретически возможные электрохимические реакции на электродах и выберем наиболее вероятную:

Так как щелочные металлы на катоде не выделяются, идет выделение водорода из воды по реакции: .

Так как кислородсодержащие анионы на аноде не разряжаются, идет выделение кислорода из воды по реакции: .

Суммарная реакция на электродах при электролизе водного раствора нитрата натрия – электролиз воды:

.

Пример 5.8. Электролиз водного раствора хлорида меди на медных электродах. Запишем все теоретически возможные электрохимические реакции на электродах и выберем наиболее вероятную:

Так как потенциал выделения меди меньше потенциала выделения водорода из воды, то на медном катоде будет выделяться медь по реакции: .

Так как потенциал растворения медного анода меньше потенциала выделения хлора, то медный анод будет растворяться по реакции: .

Суммарная реакция на электродах при электролизе хлорида меди – медь с анода переходит в раствор, и выделяется на катоде:

.