Файл: Электролиз.pdf

Э
ЛЕКТРОЛИЗ
- это окислительно-восстановительные реакции, которые протекают под действием постоянного электрического тока на электродах.
Электроды бывают двух видов: катод и анод.
Катод
• имеет отрицательный заряд (-)
• на нем происходит восстановление
К катоду движутся положительно заряженные ионы-катионы. Катионы принимают электроны и являются окислителями, но процесс на катоде-восстановление.
Восстановление-процесс принятия электронов.
Анод
• имеет положительный заряд
• на нем происходит окисление
К аноду движутся отрицательно заряженные ионы-анионы. Анионы отдают электроны и являются восстановителями, но процесс на аноде-окисление.
Окисление-процесс отдачи электронов.
Расплав солей
•При расплаве солей будут образовываться катионы металлов, которые восстановятся на катоде и анионы кислотных остатков, которые окислятся на аноде.
Например, расплав NaCl:
Катионы Na
+
пойдут к катиону и восстановятся до простых металлов:
катод
анод
источник тока
катионы
анионы

Na
+
+ 1e = Na
0
Анионы Cl
- уйдут к аноду и окислятся до простых веществ:
2Cl
-
- 2e = Cl
2 0
Полное уравнение:
2NaCl= 2Na + Cl
2
Раствор солей
При электролизе раствора солей помимо электролита в растворе также находятся молекулы воды.
Диссоциация воды: H
2
O= H
+
+ OH
-
При электролизе воды H
+
пойдут к катоду, а OH
- пойдут к аноду.
У катода помимо катионов металла находятся еще и молекулы воды
•
На катоде будет восстанавливаться металл или водород из молекулы воды зависит от электродного потенциала.
На катоде будет восстанавливаться окислители, у которых наибольший электродный потенциал-выше окислительная способность. Потому что, чем выше окислительная способность, тем быстрее он будет восстанавливаться.
Электродные потенциалы металлов в ЭХР расположены в порядке увеличения электродного потенциала. Электродные потенциала до водорода отрицательные, а после H-положительные.
Электродный потенциал металлов до Al (включительно) в ряду напряженности металлов будет меньше, чем электродный потенциал молекулы воды, поэтому на катоде будет восстанавливаться водород из молекулы воды.
2H
+
+ 2e = H
2 0
Электродный потенциал металлов от Al до H близок к электронному потенциалу молекулы воды, поэтому на катоде будут восстанавливаться и катион металла, и водород:
Zn
+2
+ 2e = Zn
0

2H
+
+ 2e = H
2 0
Электродный потенциал металлов после H значительно больше электродного потенциала воды, поэтому на катоде будут восстанавливаться катионы металла:
Cu
+2
+2e = Cu
0
Если в растворе находится смесь катионов разных металлов, то сначала будут восстанавливаться катионы менее активных:
K
2
[Zn(OH)
4
] + 2H
2
O = 3H
2
+ Zn+ 2KOH+ 2O
2
Сначала будет восстанавливаться Zn, так как он менее активный, а затем K.
При электролизе раствора кислоты на катоде будет восстанавливаться водород:
H
2
O= H
+
+ OH
-
2H
+
+2e = H
2 0
2H
2 0 +2e = H
2
+ 2OH
-
•
На аноде будет окисляться молекулы воды, анионы или материал анода- зависит от величины электронного потенциала. Будет окисляться восстановители с наименьшим электродным потенциалом- у которых окислительная способность ниже (т.е. медленнее будут восстанавливаться, но быстрее окисляться).
Если анод нерастворимый (графит):
При электролизе раствора бескислородной кислоты на аноде будут окисляться кислотные остатки:
2Cl
-
-2e = Cl
2 0
При электролизе раствора кислородсодержащей кислоты и фторидов будет окисляться кислород из анионов OH
- воды:
OH
-
= H
2
O + O
2 2O
-
- 2e = O
2 0
При электролизе щелочей на аноде будет происходить электролиз воду и окисление кислорода:
H
2
O = H
+
+ OH
-
OH
-
= O
2
+ H
2
O
2O
-
- 2e = O
2 0
2H
2
O= 4H
+
+ O
2
Образуется свободный кислород (O
2
)

При электролизе растворов солей органических кислот :
2CH3-COONa + 2H2O = H2+ CH3-CH3+ 2NaHCO3 (NaOH+CO
2
)
При электролизе водных растворов сильных кислородсодержащих кислот, солей активных металлов и кислородсодержащей кислоты, щелочей электролиз сводится к разложению воды:
2H
2
O=2H
2
+ O
2
Если анод растворимый (Cu):
У Cu низкий электродный потенциал, поэтому будет происходить восстановление материала анода:
1) Образуются катионы Cu
2+
Cu
0
– 2e = Cu
+2 2) Катионы переходят в раствор и движутся к катоду, где происходит их восстановление:
Cu
+2
+ 2e = Cu
0
Данный способ используется для очистки металлов от загрязнений-рафинирование.
Для получения активных металлов (до Al) применяют электролиз расплава солей или оксидов:
Al
2
O
3
анод нерастворимый (графит)
Al
2
O
3
= 2Al
3+
+ 3O
2-
Катод Анод
Al
3+
O
2-
Al
+3
+3e = Al
0
O
2-
- 2e= O
2 0
C (графит) + O
2
= CO
2 2Al
2
O
3
+ 3C = 3CO
2
+ 4Al
Все происходит согласно правилу минимума энергии: процессы окисления и восстановления на электродах происходят с максимальным “сохранением” энергии.