Электрохимические процессы Электролиз солей и расплавов
•Электролиз — это окислительно- восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита.
Рассмотрим процесс электролиза расплава хлорида натрия. В расплаве идет процесс термической диссоциации:
Под действием электрического тока катионы Na+ движутся к катоду и принимают от него электроны:
Анионы Cl— движутся к аноду и отдают электроны:
Суммарное уравнение процессов:
Или На катоде образуется металлический натрий, на аноде — газообразный хлор.
главное, что вы должны помнить: в процессе
электролиза за счет электрической энергии осу ществляется химическая реакция, которая само произвольно идти не может.Электролитические диссоциация и ассоциация Более сложный случай — электролиз растворов
электролитов. В растворе соли кроме ионов металла и кислотного остатка присутствуют молекулы воды. Поэтому при рассмотрении процессов на электродах необходимо учитывать их участие в электролизе.
Для определения продуктов электролиза водных растворов электролитов существуют следующие правила.
1. Процесс на катоде зависит не от материала катода, из которого он сделан, а от положения металла (катиона электролита) в электрохи мическом ряду напряжений, при этом, если:
1) катион электролита расположен в ряду напряжений в начале ряда по Al включительно, то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется водород H2↑). Катионы металла не восстанавливаются,
они остаются в растворе;
2)катион электролита находится в ряду напряжений между алюминием и водородом, то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды;
3)катион электролита находится в ряду напряжений после водорода, то на катоде восстанавливаются катионы металла;
4)в растворе содержатся катионы разных металлов, то сначала восстанавливается катион металла, стоящий в ряду напряжений правее.
2. Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона:
1)если анод растворяется (железо, цинк, медь, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то окисляется металл анода, несмотря на природу аниона;
2)если анод не растворяется (его называют инертным — графит, золото, платина), то:
• при электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисления аниона;
• при электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде идет процесс окисления воды (выделяется 02↑). Анионы не окисляются, они остаются в растворе;
• анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:
Процессы, происходящие на катоде
.
Электрохимическ ий ряд напряжений металлов
Li, K, Ca, Na, Mg, Al
Меn не восстанавливаетс я (остаётся в растворе) 2 Н О+ 2ē = Н ↑+2 ОН
Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, |
H |
|
Pb |
||
|
||
Меn + nē = Me° 2 |
|
|
H O + 2ē = H ↑ + 2 |
|
|
OH |
|
Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Men + nē = Me°
Активным называется анод, материал которого может окисляться в ходе электролиза. В качестве материалов для инертных анодов чаще применяют графит, уголь, платину; для активных – медь, цинк, алюминий и т.д. (табл. 2).
Таблица 2 Процессы, происходящие на аноде
В случае электролиза растворов возможны конкурирующие реакции. Критерием, определяющим преимущество того или иного электродного процесса, служит величина его электродного потенциала. Чем выше потенциал, тем легче происходит восстановление на катоде и труднее осуществляется окисление на аноде.
Анод
бескислородный
Нерастворимый (инертный) уголь, графит, платина, золото
Растворимый (металлы средней активности)
Кислотный остаток Аm
кислородсодержащий
|
OH , SO ² , NO , F В |
|
J , Br , S² , Cl Окисление Аm |
щелочной среде: 4 ОН – 4 ē = |
|
О ↑ + 2 Н О в кислой и |
||
(кроме F ) Аm – m ē = A° |
||
нейтральной среде: 2 Н О – 4 |
||
|
ē = О ↑ + 4 Н |
Окисление металла - анода (анод): Ме° – nē = Men (раствор)
Анод нерастворимый (например, графитовый). В растворе идет процесс электролитической диссоциации:
)
