3. Електроди та реакції, що протікають на електродах

Електроди призначені для передачі електричної енергії та можуть приймати участь у окислювально-відновних реакціях.

Електрод, до якого рухаються під дією сил електричного поля (мігрують) аніони, називають анодом. На аноді протікають реакції окиснення (віддачі електронів). Якщо анод бере участь у реакції (окиснюється), то його називають розчинним. Нерозчинні аноди служать тільки для передачі електронів, а окиснюється якийсь із компонентів електроліту. Основні нерозчинні аноди наведені в табл. 1. На поверхні нерозчинних анодів у обраному електроліті повинні утворюватися електропровідні пасивні плівки. У першу чергу на аноді протікають реакції, які у даних мовах мають більш електронегативний потенціал. Стандартні електродні потенціали для різних електродних реакцій наведені у довідковій літературі [1,2].

Таблиця 1

Основні нерозчинні аноди

Нерозчинний анод	Середовище (електроліт)
Pt (та метали платинової групи)	Будь яке
C (графіт)	Будь яке
Fe, Ni, Co	Лужне середовище (NaOH, KOH тощо)
Pb	Сірчанокисле (H2SO4, SO42-)
ОРТА (Окиснорутенієво-титоновий анод) RuO2–TiO2 (Ti)	Хлоридне (Cl–)
ТДМА (Титан-диоксидномангановий єлектрод) MnO2(Ti)	Кисле та нейтральне

Електрод, до якого під дією сил електричного поля рухаються катіони, називають катодом. На катоді протікають реакції відновлення (приєднання електронів). У першу чергу на катоді відбуваються реакції, потенціал яких в даних умовах більш електропозитивний.

У електролізері анод має знак (+), а катод – мінус (–). У джерелі струму анод має знак мінус (–), а катод (+).

ПРИКЛАД

Записати основні процеси на електродах і сумарну реакцію, що мають місце в електролізері з нерозчинним анодом, та вказати анод, катод, знак заряду електродів при електролітичному вилученні міді із водяного розчину сульфату міді, який підкислений сірчаною кислотою:

(+) РbO₂ | CuSO₄, Н₂SO₄, Н₂O | Cu (–). (3.1)

Рішення: У даному випадку електровилучення міді із розчину йде примусово, вказана система є електролізером. У електролізері катод має заряд (–), а анод (+). Таким чином, згідно з (3.1) РbO₂ є анодом, а Cu – катодом.

Вказано, що анод нерозчинний, тобто на плюмбум діоксиді окиснюється якийсь компонент електроліту. Іони Cu²⁺ та Н⁺ окиснюватися не можуть, тобто робимо висновок, що окиснюється кисень води. Реакція на аноді (А):

(А) Н₂O → 2Н⁺ + ½О₂, + 2е. (3.2)

На мідному катоді в першу чергу відновлюються іони міді Cu, тому що потенціал відновлення Cu²⁺ вищій, ніж у Н⁺ (дивись таблицю електродних потенціалів. Реакція на катоді (К):

(К) Cu²⁺ + 2е→ Cu°. (3.3)

Сумарна реакція в електролізері записується за наступними правилами:

1. Анодні та катодні реакції приводимо до одного числа електронів.

2. Підсумовуємо ліві частини рівнянь (початкові компоненти) і праві (продукти реакції) з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів.

Таким чином, сумарну реакцію в електролізері можна записати в іонному вигляді:

Cu²⁺ + Н₂0 → Cu⁰+ 2Н⁺ ½О₂ ± 2е. (3.4)

Сумарна реакція в молекулярному вигляді:

CuSO₄ + Н₂O → Cu⁰+ Н₂SO₄ + ½О₂ ± 2е. (3.5)

ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ ДО КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ № 1

Варіант № 1

Вкажіть анод, катод, знак заряду електрода та запишіть основні процеси на електродах і сумарні реакції в комірці:

1. При рафінуванні нікелю із сірчанокислого розчину в електролізері з розчинним анодом (+) Ni | NіSO₄,Н₂0 | Ni (–).

2. У гальванічному елементі (A) Нg | NaОН, Н₂O | Zn (–).

3. При електролізі води в кислому середовищі.

Варіант № 2

Вкажіть анод, катод, знак заряду електрода та запишіть основні процеси на електродах і сумарні реакції в комірці:

1. При електролітичному вилученні кадмію із сірчанокислого розчину в електролізері з нерозчинним анодом (+) РbO₂ | CdSO₄ (розч) | Al (–).

2. В гальванічному елементі Сl₂ (Рt) |MgC1₂|Мg.

3. При електролізі води в розчині сульфату натрію.

Варіант № 3

Вкажіть анод, катод, знак заряду електрода та запишіть основні процеси на електродах і сумарні реакції в комірці:

1. При електролізі розплаву хлориду натрію з нерозчинним анодом (+) С | МgСl₂ | Рb (–).

2. В гальванічному елементі CuО |KOH _розп |Zn.

3. При електролізі водного розчину йодиду калію з платиновими електродами.

Варіант № 4

Вкажіть анод, катод, знак заряду електрода та запишіть основні процеси на електродах і сумарні реакції в комірці:

1. При електроекстракції цинку з розчину сульфату цинку в електролізері з нерозчинним анодом (+) РbО₂ (Pb) | ZnSO₄, H₂SO₄ | Al (–)

2. У гальванічному елементі Cu⁰ | CuSO₄ :: ZnSO₄ | Zn⁰

3. При електролізі води в лужному середовищі.

Варіант № 5

Вкажіть анод, катод, знак заряду електрода та запишіть основні процеси на електродах і сумарні реакції в комірці:

1. При рафінуванні міді із сірчанокислого розчину в електролізері з розчинним анодом (+) Cu | CuSO₄, H₂SO₄, H₂O | Cu (–)

2. В акумуляторі Рb | Н₂SO₄, H₂O | РbО₂ (Pb).

3. При електролізі води в кислому середовищі.

Варіант № 6

Вкажіть анод, катод, знак заряду електрода та запишіть основні процеси на електродах і сумарні реакції в комірці:

1. При електролізі розчину хлориду натрію в електролізері з нерозчинним анодом і сталевим катодом C | NaCl_розч | Fe.

2. В елементі О₂ (Рt) | Н₂SO₄ |(Рt) Н₂.

3. У газовому кулонометрі.

Варіант № 7

Вкажіть анод, катод, знак заряду електрода та запишіть основні процеси на електродах і сумарні реакції в комірці:

1. При електроосадженні нікелю з розчину сульфату нікелю в електролізері з розчинним анодом (+) Ni | NiSO₄, H₂O | Fe (–).

2. У гальванічному елементі Zn | К0Н, Н₂О | Аg₂0.

3. У срібному кулонометрі Рt | АgN0₃, Н₂0 | Аg.

Варіант № 8

Вкажіть анод, катод, знак заряду електрода та запишіть основні процеси на електродах і сумарні реакції в комірці:

1. При електроекстракції міді з розчину сульфату міді в електролізері з нерозчинним анодом (+) Pb | CuSO₄, H₂SO₄, H₂O | Cu (–).

2. У свинцевому акумуляторі Рb | Н₂SO₄, H₂O | РbО₂ (Pb).

3. При електролізі розплаву з рідким катодом (+) С|NaС1|Рb (–).

Варіант № 9

Вкажіть анод, катод, знак заряду електрода та запишіть основні процеси на електродах і сумарні реакції в комірці:

1. При електролізі розплаву хлориду натрію з нерозчинним анодом.

2. У гальванічному елементі: Cu | КОН, H₂O | Zn.

3. При електролізі води в кислому середовищі.

Варіант № 10

Вкажіть анод, катод, знак заряду електрода та запишіть основні процесії на електродах і сумарні реакції в комірці:

1. При електроосадженні цинку з розчину сульфату цинку в електролізері з розчинним анодом (+) Zn | ZnSO₄, Н₂O | Al (–).

2. В гальванічному елементі Zn | NaСl, Н₂O | Сu.

3. При електролізі водного розчину йодиду калію Рt | KJ, Н₂O | Рt.