4.5. Электролиз

Электролизом называют процессы, происходящие на электродах под действием электрического тока, подаваемого от внешнего источника. При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую.

Ячейка для электролиза, называемая электролизером, состоит из двух электродов и электролита.

Электрод, на котором идет реакция восстановления (катод), у электролизера подключен к отрицательному полюсу внешнего источника тока.

Электрод, на котором протекает реакция окисления (анод), подключен к положительному полюсу источника тока.

Порядок разрядки анионов на аноде:

SO₄^2–, NO₃^–, OH^–, Cl^–, S^2–, I^–

кислородосодержащие бескислородные

1. На аноде окисляются бескислородные анионы

A(+): 2Cl^– – 2ē = Cl₂⁰ – процесс окисления

2) Кислородосодержащие анионы на аноде из раствора не окисляются, вместо них окисляются молекулы H₂O

A(+): 2H₂O – 4ē = O₂ ↑ + 4H⁺ – окисление

Примеры:

1) Электролиз раствора CuSO₄:

CuSO₄ = Cu²⁺ + SO₄^2– + H₂O (раствор)

2K(–): Cu²⁺ + 2 ē = Cu⁰ – восстановление

1 А(+): H₂O: 2H₂O – 4 ē = O₂↑ + 4H⁺ – окисление

2Cu²⁺ + 2H₂O = 2Cu⁰ + O₂ + 4H⁺

Если какие-либо ионы не расходуется на электродах, то протекают побочные процессы.

Побочные продукты:

К(–): нет побочных продуктов,

А(+) 2SO₄^2– + 4H⁺ = 2H₂SO₄

2CuSO₄ + 2Н₂О 2Cu⁰ + O₂↑ + 2H₂SO₄

2) Электролиз раствора NaCl:

NaCl = Na^{+ +} Cl^– + H₂O (раствор)

1 K(–): Na⁺, H₂O: 2H₂O + 2ē = H₂↑ + 2OH^– – восстановление

1 А(+): Cl^– , H₂O: 2Cl^– – 2ē = Cl₂ – окисление

H₂O + 2Cl^– = H₂↑ + Cl₂↑ + 2OH^–

Побочные продукты:

K(–): 2Na⁺ + 2OH^– = 2NaOH

2NaCl + 2Н₂О H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH – промышленный способ получения щелочи NaOH.

3) Электролиз раствора Ni(NO₃)₂:

Ni(NO₃)₂ = Ni²⁺ + 2NO₃^{– +} H₂O (раствор)

1

восстановление

1 А(+): NO₃^–, H₂O : 2H₂O – 4ē = O₂↑ + 4H⁺ – окисление

4H₂O + Ni²⁺ = Ni⁰ + H₂↑ + 2OH^– + O₂↑ + 4H⁺

Побочные продукты:

K(–): Ni²⁺ + 2OH^– = Ni(OH)₂,

А(+): NO₃^– + 4H⁺ = 4HNO₃

2Ni(NO₃)₂ + 4H₂O Ni⁰ + H₂↑ + O₂↑ + 4HNO₃ + Ni(OH)₂

4) Электролиз расплава Ca(OH)₂:

Ca(OH)₂ = Са²⁺ 2ОН^–

2 K(–): Са²⁺ + 2ē = Са – восстановление

1 А(+): 4 ОН^– – 4ē = O₂ + 2H₂O – окисление

2Са²⁺ + 4ОН^– = 2Са + O₂ + 2H₂O

2Са(ОН)₂2Сa +O₂ +2H₂O

Металл растворимого анода соответствует катиону металла в растворе его соли.

Пример: раствор CuSO₄ (А–Сu)

Металл анода при электролизе растворяется, окисляется.

1К(–): Cu²⁺ + 2ē = Сu восстановление

1 А(+): Сu⁰ – 2ē = Cu²⁺ окисление

Cu + Cu²⁺ = Cu²⁺ + Cu

Используют для рафинирования (очистки) металлов.