11.2 Електроліз

Електролізом називається сукупність окисно-відновних реакцій, що перебігають на електродах під дією електричного струму. Електроліз проводять у спеціальних приладах, які називають електролізерами. Вони являють собою ванну, заповнену електролітом, в який занурені електроди – матеріали, що проводять електричний струм, наприклад метали. Якщо у такий розчин або розплав занурити два електроди та з’єднати їх джерелом електричного струму, то іони в електроліті придбають напрямленого руху: катіони до негативного електроду (катоду), аніони – до позитивного (аноду). Тобто електроліти – це речовини з іонною провідністю. Досягнувши катоду катіони приймають від нього електрони – відновлюються, а на аноді відбувається окиснення аніонів, тобто віддача ними електронів. В електродах процесах можуть приймати участь і нейтральні частинки, наприклад молекули води.

Суть електролізу зручно зображувати за допомогою схем, які одночасно показують дисоціацію електроліту, процеси, що відбуваються на електродах, і речовини, які виділяються при цьому. Розглянемо схеми електролізу розчинів основних класів неорганічних сполук із застосуванням інертних електродів (графітових, платинових тощо). Такі електроди не приймають участь в електродних реакціях, а тільки виконують роль передатчиків електронів.

Під час електролізу водних розчинів лугів або солей в електродних реакціях можуть приймати участь і нейтральні молекули води. На катоді молекули Н₂О відновлюються: при цьому виділяється водень і утворюються гідроксид-іони, а на аноді – окиснюються: при цьому виділяється кисень і утворюються гідроген-іони.

Електроліз водних розчинів лугів розглянемо на прикладі розчину натрій гідроксиду. Під час електролізу на катоді відновлюються молекули води, оскільки катіони активних металів, які в ряду стандартних електродних потенціалів, стоять до цинку, на катоді не відновлюються. На аноді окиснюються гідроксид-іони з утворенням кисню і води.

Катод ( – ) 2Н₂О + 2ē = Н₂ + 2ОН^-;

Анод ( + ) 4ОН^- – 4ē = О₂ + 2Н₂О.

Загальне рівняння електролізу має такий вигляд:

2NaОН + 2Н₂О 2Na⁺ + 2Н₂ + О₂ + 2ОН^-.

Електроліз водних розчинів солей розглянемо на прикладі концентрованого водного розчину натрій хлориду. На катоді розряджаються тільки молекули води з виділенням молекулярного водню. Хлорид-іони в концентрованому розчині легше віддають електрони (окиснюються), ніж молекули води, тому на аноді розряджаються хлорид-іони:

Катод ( – ) 2Н₂О + 2ē = Н₂ + 2ОН^-;

Анод ( + ) 2Cl^- – 2ē = Cl₂.

Загальне рівняння електролізу водного розчину NaCl має такий вигляд:

2NaCl + 2Н₂О EMBED Equation.3 Н₂ + 2NaОН + Cl₂..

У випадку, коли електролізу піддаються водні розчини солей, які містять Оксиген, на аноді окиснюються молекули води, а не кислотні залишки. Наприклад, схема електролізу водного розчину купрум(ІІ) нітрату має такий вигляд:

Катод ( – ) Cu²⁺ + 2ē = Cu;

Анод ( + ) 2Н₂О – 4ē = О₂ + 4Н⁺.

Загальне рівняння електролізу має такий вигляд:

2Cu(NO₃)₂ + 2Н₂О 2Cu + О₂ + 4НNO₃.