Электролиз

Окислительно-восстановительные процессы, протекающие под действием постоянного электрического тока на электродах, погруженных в раствор или расплав электролита, называют электролизом.

При электролизе следует различать два параллельных процесса: на катоде происходит прием электронов ионами, т.е. их восстановление, на аноде происходит отдача электронов ионами, т.е. их окисление.

Электролиз расплавов электролитов (анод инертный)

Пример. В расплаве йодида калия при прохождении через него постоянного электрического тока протекают следующие процессы:

1. В расплаве йодид калия распадается на ионы:

KI ↔ K⁺+ I⁻

2. Под действием постоянного электрического тока катионы будут передвигаться к катоду, и принимать электроны, а анионы к аноду и отдавать электроны:

Катод (-)K: K⁺+ e → K (восстановление)

Анод (+)A: 2I⁻−2e → I₂ (окисление)

3.Суммируем уравнения процессов, протекающих на электродах. При этом необходимо учитывать, что число электронов отданных восстановителем должно равняться числу электронов принятых окислителем.

Катод (-)K: K⁺+ e → K │ 2

Анод (+)A: 2I⁻−2e → I₂ │ 1

2K⁺+ 2I⁻→ 2K + I₂

4. Перепишем уравнение в молекулярном виде:

2KI → 2K + I₂

Электролиз водных растворов электролитов.

При электролизе водных растворов электролитов катодные и анодные процессы протекают сложнее, так как в этих процессах принимают участие ионы воды, которые восстанавливаются на катоде:

2H₂O + 2e = H₂ + 2OH⁻

и окисляются на аноде: 2H₂O − 4e = O₂ + 4H⁺.

Для определения порядка протекания окислительно-восстановительных процессов на электродах при электролизе водных растворов электролитов можно руководствоваться следующими правилами.

Для процессов на катоде

1. В первую очередь восстанавливаются катионы металлов, обладающих электродным потенциалом большим, чем у водорода, в порядке уменьшения стандартного потенциала (Е^о). (-)K:Cu²⁺+2e → Cu⁰

2. Катионы металлов с маленьким значением стандартного потенциала (от Li⁺и по Al³⁺включительно) не восстанавливаются на катоде, а вместо них восстанавливаются молекулы воды (в кислой среде – ионы водорода Н⁺).

(-) K: 2H₂O +2e→ H₂ + 2OH⁻;

(-) K: 2H⁺ + 2e → H₂.

3. Катионы металлов, имеющих Е^о меньший, чем у водорода, но больший, чем у алюминия, восстанавливаются одновременно с молекулами воды

(-)K:2H₂O +2e→ H₂ + 2OH⁻;.

Mn²⁺ + 2e → Mn^o.

Процессы на аноде

Характер окислительных процессов на аноде зависит от материала электродов. Различают нерастворимые (инертные) и растворимые (активные) электроды.

При использовании инертных электродов:

1. В первую очередь окисляются простые анионы в порядке возрастания их Е^о, не превышающих +1,5 В (S²⁻, I⁻, Br⁻, Cl⁻):

(+) А: S²⁻ − 2е = S

2. При электролизе водных растворов, содержащих анионы кислородсодержащих кислот (CO₃²⁻, NO₃⁻ , NO₂⁻, SO₄²⁻, SO₃²⁻, PO₄³⁻ и др.), на аноде окисляются не эти ионы, а молекулы воды: (+)А: 2H₂O − 4e = O₂ + 4H⁺.

3. В щелочных растворах на аноде окисляются гидроксид-ионы (ОН⁻)

4ОН⁻− 4e = О₂ + 2Н₂О

Пример 1. Составить уравнение электролиза водного раствора йодида калия (анод инертный)

Решение. В расплаве йодид калия распадается на ионы:

KI ↔ K⁺ + I⁻

Под действием тока ионы йода будут передвигаться к аноду и окисляться:

Анод (+)A: 2I⁻−2e = I₂ ,

Ионы калия будут накапливаться у катода, однако восстанавливаться будет вода, так как калий в электрохимическом ряду активностей металлов стоит до алюминия:

Катод (-) К 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH⁻.

Суммируя уравнения процессов, протекающих на электродах:

Анод (+)A: 2I⁻−2e = I₂ │1

Катод (-)К: 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH⁻│1

--------------------------------------------------

2I⁻+2H₂O → I₂ + H₂ + 2OH⁻.

Записываем ионное уравнение: 2K⁺+2I⁻+2H₂O → I₂ + H₂+ 2K⁺ + 2OH⁻.

Переписываем уравнение в молекулярной форме:

2KI ⁻+ 2H₂O → I₂ + H₂+ 2KOH..

Пример 2. Составить уравнение электролиза водного раствора нитрата серебра (AgNO₃) с инертным анодом.

Решение: При растворении в воде нитрат серебра распадается на ионы:

AgNO₃↔ Ag⁺ +NO₃⁻.

При электролизе водных растворов солей кислородсодержащих кислот на аноде будет окисляться вода:

: (+) А: 2H₂O − 4e = O₂ + 4H⁺.

Ионы серебра будут перемещаться к катоду и восстанавливаться:

(−) К: Ag⁺ + 1е = Ag.

Суммируем уравнения процессов, протекающих на электродах:

: (+)А: 2H₂O − 4e = O₂ + 4H⁺│1

(−) К: Ag⁺ + 1е = Ag. │4

--------------------------------------------

2H₂O + 4 Ag⁺→ O₂ + 4H⁺ + 4Ag.

Записываем уравнение в полной ионной форме:

2H₂O +4 Ag⁺ + 4 NO₃⁻ → O₂ + 4H⁺ + 4Ag + 4 NO₃⁻.

Переписываем уравнение в молекулярной форме:

2H₂O + 4 AgNO₃ → O₂ + 4Ag + 4HNO₃.