Электролиз растворов и расплавов

Электролиз растворов и расплавов

Электрический ток вызывает окислительно-восстановительные реакции в растворах и расплавах электролитов. Впервые электрический ток в химии использовал английский учёный Гемфри Дэви. Подвергая электролизу расплавы различных соединений, он открыл шесть неизвестных до него элементов, что стало одним из самых выдающихся событий в истории открытия новых химических элементов.

Электролиз - окислительно-восстановительный процесс, вызванный действием постоянного тока. Слово «электролиз» означает «разложение под действием электричества».

Электролиз расплавов.

Электролиз расплавов рассмотрим на примере хлорида натрия NaCl (рис. 1).

В расплаве хлорид натрия диссоциирует, образуя катионы Na+ и анионы Cl- хлора:

NaCl → Na+ + Cl-

На катоде K(-) всегда происходит процесс восстановления, а на аноде A(+) — 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+ + e = Na0   |2|

Анодная реакция: 2Cl- - 2e = Cl20   |1|

Суммарный процесс: 2Na++ 2Cl- = 2Na + Cl2

2NaCl = 2Na+Cl2 — расплав

Рис. 1. Электролиз расплава хлорида натрия

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

Электролиз растворов.

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. На катоде восстанавливается наиболее сильный окислитель

Процессы на катоде зависят 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 идёт только процесс восстановления катионов металла.
• Если в растворе одновременно находятся катионы нескольких металлов, то они будут выделяться на катоде в порядке увеличения их активности, т. е. справа налево в соответствии с положением в электрохимическом ряду напряжений.

2. На аноде окисляется наиболее сильный восстановитель.

Процессы на аноде зависят от материала анода и от природы аниона.

• Если анод растворимый (железо, медь, цинк, серебро и др.), то независимо от природы аниона идёт окисление металла анода:

Ме0-ne = Mn+

Если анод нерастворимый, т. е. инертный (уголь, графит, платина, золото), то при электролизе растворов солей бескислородных кислот, кроме фторидов, на аноде идёт процесс окисления аниона, а при электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде выделяется кислород O2 вследствие окисления молекул воды:

2H2O – 4e = O2 + 4H+

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

4OH- - 4e = O2 + 2H2O

Рассмотренные правила обобщены в таблицах.

Катодные процессы при электролизе растворов солей.

Анодные процессы при электролизе водных растворов.