1. Извлечение металлов

Многие металлы первой и второй групп таблицы Менделеева извлекаются с помощью электролиза из расплавленных галогенидов этих металлов; одновременно на аноде происходит образование галогенов.

Алюминий по объему производства находится на втором месте после железа. Его получают электролизом раствора глинозема (Al₂O₃) в расплаве криолита (6–8 % Al₂O₃ и 92–94 % Na₃AlF₆), а также электролизом расплава AlCl₃.

Электролизом получают также цинк, частично медь и некоторые другие металлы.

2. Очистка металлов (электрохимическое рафинирование)

Примером электрохимического рафинирования может служить процесс электролиза раствора сульфата меди на медных электродах:

анод:  Сu⁰ – 2е = Сu²⁺,

катод:  Сu²⁺ + 2e = Cu⁰.

В данном случае неочищенная медь играет роль анода, а очищенная – роль катода, в качестве электролита используется обычно сульфат меди (II) CuSO₄. Высвобождаемые при растворении анода примеси оседают на дно. Примеси в свою очередь могут содержать ценные металлы (золото, серебро и др.). Концентрация сульфата меди в растворе остается постоянной. Процесс сводится к переносу материала анода на катод.

3. Нанесение гальванических покрытий.

Нанесение покрытия (электроосаждение) осуществляется на катоде. Катод в данном случае погружается в электролит, содержащий ионы электроосаждаемого металла. В качестве анода используется электрод из того металла, которым наносят покрытие.

Нанесение гальванического покрытия может включать несколько стадий. Например, покрытие стальных металлов хромом (хромирование) включает четыре стадии:

– очистка предмета (катода) серной кислотой с последующей промывкой его водой, не содержащей ионов-примесей;

– покрытие предмета медью;

– последующее покрытие предмета-катода никелем с целью предотвращения коррозии;

– завершающее покрытие предмета хромом.

В методе электроосаждения выделяют гальваностегию – нанесение покрытия толщиной 5–10 мкм, и гальванопластику – получение сравнительно толстых (несколько миллиметров), но легко отделяющихся от основы (формы) слоев металла, точно воспроизводящих рельеф этой основы. Гальваностегию используют для защиты изделий от коррозии, повышения их износостойкости, придания им способности отражать свет, электропроводности, термостойкости и других свойств, а также для декоративной отделки.

Гальванопластика позволяет получать копии, воспроизводящие мельчайшие подробности рисунка или рельефа поверхности какой-либо детали.

В обоих случаях покрытия должны быть плотными, мелкозернистыми по структуре, гладкими, пластичными, светлыми и блестящими.

4. Анодирование.

Анодирование или оксидирование – это образование при электролизе на поверхности металла слоя оксида. Этому процессу обычно подвергают сплавы на основе легких металлов, наиболее часто - алюминия. Покрываемые слои оксидов могут быть тонкими, или барьерными (менее 1 мкм), и толстыми – фазовыми, или эмалеподобными (десятки и сотни мкм). Механизм анодирования до конца не установлен.

Структура и химический состав оксидов зависит от структуры металлов, состава электролита и условий проведения процесса. При этом на одном и том же металле можно получить фазовые оксиды с различной структурой, а следовательно, с различными свойствами – твердостью, окраской, электрической проводимостью. Тонкие слои оксидов используются в основном в радиоэлектронике. Фазовые слои защищают главным образом металл от коррозии, обеспечивают износостойкость изделий, образуют прозрачные или цветные декоративные покрытия. В настоящее время большое практическое применение находи анодирование алюминия с нанесением цветных покрытий широкой цветовой гаммы.

5. Получение химических веществ (электросинтез).

При получении сложных химических соединений (электросинтез) с помощью элетролиза в качестве анода обычно используют платину, оксиды металлов, (Pb(IV), Ni, Mn(IV) и др.), графит; в качестве катода – ртуть, свиней, медь, никель и др. Примером получения сложного вещества является процесс получения NaOH при электролизе водного раствора NaCl:

анод: 2Сl^– – 2e = Cl₂ (г),

катод: 2H₂O + 2e^- = H₂ (г) + 2OH^-

Суммарная реакция:  2Сl^– + 2H₂O = H₂ (г) + Cl₂ (г) + 2OH^-

Здесь ион Na⁺ играет роль иона-наблюдателя, т. е. не участвующего в процессе электролиза. Промышленными продуктами этого процесса являются хлор, водород и NaOH.