4. Электролиз в водном растворе

При электролизе водных растворов электролитов в электродных полупроцессах может принимать участие, кроме электролита, вода. В результате электролитического разложения воды на катоде образуется водород, а на аноде – кислород.

Поскольку вода – слабый электролит, в ионных уравнениях записывают не ее ионы, а молекулы. Именно молекулы (а не большие количества ионов Н⁺и ОН^-) в основном участвуют в полупроцессах на электродах:

восстановление на катоде 2Н₂O + 2e^-= Н₂+ 2ОН^-;

окисление на аноде 2Н₂O - 4e^-= О₂+ 4Н⁺.

Из этих полуреакций также следует, что у катода возрастает концентрация ионов ОН^-, а у анода – Н⁺(Н₃О⁺), а так как одновременное увеличение обеих концентраций в воде невозможно (при 25⁰С К_Н2O =Н⁺ОН^-= 110^-14), то эти ионы объединяются в молекулы Н₂O. Отсюда суммарное уравнение электролиза воды:

электролиз

2Н₂O -------2Н₂ + О₂.

При электролизе водных растворов электролитов в катодном восстановлении и анодном окислении в принципе могут участвовать ионы воды (Н⁺ и ОН^-) и ионы электролита. Одноименные по знаку ионы воды и электролита конкурируют между собой, и разряжаться будет тот катион (на катоде) и тот анион (на аноде), которому отвечает более низкое по значению напряжение разряда.

Для распространенных катионов имеется следующий ряд разряжаемости на катоде:

наиболее неблагородные менее неблагородные благородные

металлы металлы металлы

K⁺ Na⁺ Mg²⁺ Al³⁺ H⁺ Zn²⁺ Fe²⁺ Ni²⁺ Sn²⁺ Pb²⁺ Cu²⁺ Ag⁺

Трудно разряжаемые --------------------------------------------- легко разряжаемые

Продукты электролиза в водном растворе:

только Н₂ металл и Н₂ только металл

Для распространенных анионов имеется следующий ряд разряжаемости на аноде:

кислородосодержащие

кислотные остатки OH^- Cl^- Br^- I^-

(SO₄^2- NO₃^- и т.п.)

Трудно разряжаемые --------------------------------------------- легко разряжаемые

С помощью этих рядов легко определить, какими будут продукты электролиза для водных растворов различных электролитов.

5. Экспериментальная часть

5.1. Сравнение химической активности различных металлов

Опыт 1.

Опыт 2.

Опыт 3.

Опыт 4.

Выводы. 1. Металлы, стоящие в ряду активности до водорода вытесняют его из разбавленных кислот. Медь стоит в ряду активности после водорода, поэтому не растворяется в разбавленных кислотах.

2. Из рассмотренных металлов более активный Mn, так как он имеет более отрицательный электродный потенциал, а поэтому растворяется в кислоте лучше, чем другие рассмотренные металлы.

3. Металлы, имеющие меньший электродный потенциал, вытесняются из растворов металлами с большим электродным потенциалом.

5.2. Гальванический элемент. Электролизер

Опыт 1. При введении медной проволоки в раствор до

прикосновения с поверхностью цинка наблюдаем бурное выделение пузырьков водорода вдоль медной проволоки. Возник гальванический элемент Zn/Cu. Скорость реакции усилилась (Рис. 4).

Анод (-) Катод (+)

Zn + 2H= Zn+ H

Рис.4.

Вывод: ускорение реакции растворение цинка вызвано возникновением гальванического элемента Zn/Cu.

Опыт 2. При введении в раствор серной кислоты нескольких капель медного купороса наблюдается выделение пузырьков газа с поверхности металла (цинка).

Вывод: ускорение реакции растворения цинка вызвано возникновением множества микрогальванических элементов на поверхности металла цинка.

Рис.5.

Опыт 3. Ионы, разрушающие защитные пленки металлов и тем самым способствующие коррозии металлов, называются активаторами коррозии.