14. Электролиз

Электролиз – это совокупность процессов, протекающих в растворе или расплаве электролита, при пропускании через него электрического тока.

При электролизе растворов солей необходимо помнить правила:

1. Катионы металлов, имеющих малую величину стандартного электродного потенциала (от Li⁺ до AI³⁺ включительно), не восстанавливаются на катоде, а вместо них восстанавливаются молекулы воды:

2H₂O +2e ® H₂ + 2OH^–.

2. Катионы металлов, имеющих стандартный электродный потенциал меньший, чем у водорода, но больший, чем у алюминия (от AI до H₂) при электролизе восстанавливаются одновременно с молекулами воды. Причи­ной этого явления служит более высокая концентрация катионов металла в растворах по сравнению с ионами водорода (= 10^–7моль/л), а также явление перенапряжения.

3. Катионы металлов, имеющих стандартный электродный потенциал больший, чем у водорода (от Sb³⁺ + до Аu⁺), при электролизе практичес­ки полностью восстанавливаются на катоде.

4. На нерастворимом аноде в процессе электролиза происходит окис­ление анионов или молекул воды. При этом анионы бескислородных кис­лот ( S^2-, I^- ,Вг^-, С1^-) при их достаточной концентрации легко окис­ляются. Если же раствор содержит анионы кислородных кислот (например, SO₄^2–, NO₃^–, СО₃ ^2–, PO₄^3–), то на аноде окисляются не эти ионы, а молекулы воды:

2H₂O + 4e ® O₂ + 4H⁺.

Задание:разобрать процессы, протекающие у электродов при электролизе водных растворов: CuCl₂, K₂SO₄, Cd(NO₃)₂, KBr для каждого из них составить общее уравнение реакции.

Решение. 1. Электролиз водного раствора CuCl₂.

Медь в ряду напряжений расположена после водорода; поэтому у катода будет происходить разряд ионов Cu²⁺ и выделение металлической меди. У анода будут разряжаться хлорид-ионы.

Схема электролиза раствора хлорида мели (II):

CuCl₂

Катод ← Cu²⁺ 2Cl^- → Анод

Cu²⁺ + 2e^- =Cu 2Cl^- - 2e =Cl₂ ^-

CuCl₂ → Cu + Cl₂

2. Электролиз водного раствора K₂SO₄.

Поскольку калий в ряду напряжений стоит значительно раньше водорода, то у катода будет происходить выделение водорода и накопление ОН^-. У анода будет идти выделение кислорода и накопление ионов Н⁺.

Схема электролиза раствора сульфата калия:

K₂SO₄

Катод ← 2K⁺ SO₄^2- → Анод

2Н₂О + 2е^- =2ОН^- + H₂↑ 2H₂O – 4e → O₂ + 4H⁺

2К₂SO₄ + 6H₂O → 2H₂↑ + 4КOH + O₂↑ + 2H₂SO₄.

3. Электролиз водного раствора Cd(NO₃)₂.

При электролизе водных растворов солей цинка, железа, кадмия и некоторых других металлов, стоящих в ряду напряжения, хотя и левее водорода, но близко к нему, на катоде выделяются эти металлы. Объясняется это тем, что процесс разрядки ионов Н⁺ осложняется адсорбцией атомов и молекул водорода на поверхности электродов. Для того чтобы десорбировать водород и получить его в газообразном состоянии, необходимо приложить избыточную э.д.с. Увеличение э.д.с. приводит к тому, что на катоде происходит выделение металла, стоящего в ряду напряжения левее водорода.

Схема электролиза:

Cd(NO₃)₂

Катод ← Cd²⁺ 2NO₃^- → Анод

Cd²⁺ + 2e ↔ Cd 2H₂O – 4e → O₂ + 4H⁺

2Cd(NO₃)₂ + 2H₂O → 2Cd + O₂↑ + 4HNO₃.

4. Электролиз водного раствора КВr.

На катоде происходит восстановление воды, а на аноде – окисление брома.

Схема электролиза:

КВr

Катод ← К⁺ Вr^- → Анод

2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^– 2Br^– – 2e = Br₂

2КВr + 2H₂O → 2H₂ +2КOH + Br₂

Задание: разобрать процессы, протекающие у электродов при электролизе водных растворов веществ, для каждого из них составить общее уравнение реакции

№ задачи	Вещества
431	ZnSO4, NaCl, SnCl2, KNO3
432	МgJ2, SnCl4, SrCI2, SnBr2
433	Pb(NO3)2 , CuSO4, HgCI2, KBr
434	K2SO3, NiSO4, CuJ2, MgCl2
435	Na2CrO4, SnSO4, HgCl2, BaBr2
436	FeCl3, MgSO4, Cd(NO3)2, CaJ2
437	Ca(NO3)2, PdCl2, CoSO4, LiCl
438	Sr(NO3)2, Cr2(SO4)3, AuCl3, RbCl
439	BaCl2, FeSO4, K3PO4, ZnJ2
440	Sn(NO3)2 , CaSO4, СоBr2, KMnО4
441	BiCl3, BaCO3, ZnS, MgCO3
442	MgCl2 , RbClO4, NaNO3, HgS
443	KClO4, AICI3 , Pd(NO3)2, NiCI2
444	PbSO4, CuS, Hg2(NO3)2, AgJ
445	KJ, CaSO4, KNO3, BaSO4
446	Ag3PO4, NiSO3, FeS, CdCrO4
447	MgCl2, AuCl3, LiCl, ZnBr2
448	Ni(NO3)2, KCl, PtCl2, Co(NO3)2
449	СuJ2 , Fe2(SO4)3, CaJ2, ZnBr2
450	Zn(NO3)2, RbCI, ZnBr2, BaCl2