4. Электролиз

4.1. Общие представления

Электролиз принадлежит к числу окислительно-восстановительных процессов.

Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, проходящий на электродах при пропускании постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита.

Рассмотрим сначала электролиз расплавов на примере хлорида натрия NaCl.

В расплаве хлорид натрия диссоциирует, образуя катионы Na⁺ и анионы хлора Сl‾:

NaCl → Na⁺ + Сl‾

При этом следует помнить, что на катоде К(+) всегда происходит процесс восстановления, а на аноде А(-) – процесс окисления.

Таким образом, при электролизе расплава хлорида натрия на катоде происходит процесс восстановления катионов натрия, а на аноде – процесс окисления анионов хлора:

Катодная реакция:	Na+ + е- = Na0	2
Анодная реакция:	2Cl‾ - 2е- = Cl2	1
Суммарный процесс:	2Na+ + 2Cl‾ = 2Na + Cl2
	или в молекулярном виде: 2NaCl 2Na + Cl2 расплав

Электролиз расплавов солей (чаще всего – хлоридов) используется в промышленности для получения щелочных и щелочноземельных металлов.

Электролиз растворов – более сложный процесс, так как кроме ионов металла и кислотного остатка в растворе присутствуют молекулы воды и ионы Н⁺ и ОН‾, которые также могут участвовать в окислительно-восстановительном процессе при прохождении электрического тока.

Для правильного нахождения продуктов, образующихся на электродах при электролизе водных растворов электролитов, следует руководствоваться следующими основными правилами.

1. Процесс на катоде не зависит от материала катода, а зависит только от положения металла в электрохимическом ряду напряжений:

• Если металл расположен в ряду напряжений до алюминия включительно, то на катоде будет выделяться только водород Н₂ вследствие восстановления молекул воды : 2Н₂О + 2е^- = Н₂ + 2ОН‾.

• Если катион металла находится в ряду напряжений между алюминием и водородом, то на катоде одновременно восстанавливаются и ионы металла, и молекулы воды.

• Если катион металла находится в ряду напряжений после водорода, то на катоде идет только процесс восстановления катионов металла.

2. Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона:

• Если анод растворимый (железо, медь, цинк, серебро), то независимо от природы аниона всегда идет окисление металла анода: М⁰ – ne^- = Mⁿ⁺.

• Если анод нерастворимый, т.е. инертный (уголь, графит, платина, золото), 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 выделяется кислород О₂ вследствие окисления молекул воды:

2Н₂О - 4е^- = О₂ + 4Н⁺.

Анион при этом не окисляется, оставаясь в растворе. При электролизе растворов щелочей происходит окисление гидроксид-ионов:

4ОН‾ - 4е^- = О₂ + 2Н₂О.

Рассмотренные правила удобно свести в таблицы (табл.1 - 2).

Таблица 1