6.3. Электролиз

Электролиз – совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. При электролизе энергия электрического тока превращается в химическую энергию. Как и в случае гальванического элемента, на аноде происходит окисление, а на катоде – восстановление. Но при электролизе анодом является положительный электрод, а катодом – отрицательный.

Характер протекания электродных процессов при электролизе зависит от многих факторов, например, от материала электродов, состава электролита, режима электролиза (температура, напряжение, плотность тока и др.).

Материал электродов:

1) нерастворимые (инертные) электроды – в процессе электролиза химически не изменяются, а служат лишь для передачи электронов во внешнюю цепь (инертные электроды изготавливаются обычно из графита, угля, платины);

2) растворимые (активные) электроды (из меди, цинка, серебра, никеля и

других металлов) – во внешнюю цепь электроны посылает сам анод за счет окисления атомов металла, из которого сделан анод:

Электролиз расплава электролита

(электроды инертные):

∙при высоких температурах расплав соли диссоциирует на ионы;

∙катионы металла направляются к катоду, а анионы кислотного остатка – к аноду;

∙на катоде происходит восстановление;

∙на аноде происходит окисление

Например, электролиз расплава NaCl:

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

2NaCl = 2Na + Cl2

84

Электролиз раствора электролита

1. Процессы на катоде:

∙ если Е0 Men+| Me >> – 0,41 В (это значение потенциала водородного электрода Е2Н+|Н2 в нейтральной среде), то в первую очередь восстанавливаются катионы металла Men+ + nē = Me;

∙если Е0 Men+| Me << – 0,41 В, то восстанавливаются:

вщелочной и нейтральной среде – молекулы воды

2H2O + 2ē = H2 + 2OH¯;

в кислой среде – ионы H+ 2H+ + 2ē = H2;

∙ если Е0 Men+| Me ≈ – 0,41 В, то катионы металла могут восстанавливаться одновременно с молекулами воды.

2. Процессы на инертном аноде:

∙в первую очередь окисляются простые бескислородные анионы (S2–, J¯, Br¯, Cl¯, кроме F¯ ) в порядке возрастания их Е0, не превышающих +1,5 В (S2– – 2ē = S, 2Cl¯ – 2ē = Cl2 и т п.);

∙при электролизе водных растворов, содержащих анионы кисло-

родсодержащих кислот (CO32–, SO42–, NO3¯ и др.), на аноде окисляются:

вкислой и нейтральной среде – молекулы воды

2H2O – 4ē = O2 + 4H+; в щелочной среде – ионы ОН¯

4ОН¯ –4ē = О2 + 2Н2О

3. Процессы на растворимом аноде:

окисляется материал анода – металл, из которого изготовлен анод Me – nē = Men+

Законы электролиза (законы Фарадея):

1.Массы веществ m, выделяющихся на электродах, прямо пропорциональны количеству прошедшего через раствор электричества q.

2.При пропускании равного количества электричества через растворы или расплавы различных электролитов массы веществ, выделяющихся на электродах, пропорциональны их молярным эквивалентным массам Мэ:

Мэ

m = ── I•τ ,

F

где F – постоянная Фарадея (F ≈ 96500 Кл/ моль), I – сила тока (А), τ – время прохождения тока (с)

85