Вопрос 26

Совокупность окислительно-восстановительных процессов, происходящих на погруженных в электролит электродах под действием  электрического тока, носит название электролиз.

     Электролиз проводят в специальных аппаратах, называемых электролизерами, состоящими из двух электродов и электролита. Электрод, подключенный к отрицательному полюсу внешнего источника тока, называется катодом. На катоде происходит реакция восстановления. Электрод, подключенный к положительному полюсу внешнего источника тока, называется анодом. На аноде происходит реакция окисления. Продукты электрохимического окисления и восстановления могут вступать во вторичные реакции между собой, с электролитом и материалом электродов.

  Последовательность электродных процессов. Если в электролите присутствуют несколько видов частиц, то возможно протекание нескольких электродных реакций. На катоде в первую очередь протекает процесс восстановления наиболее сильного окислителя, т.е. окислителя с наиболее положительным потенциалом. Последовательность восстановления окислителей можно оценить на основе значений стандартных восстановительных потенциалов соединений.

    На аноде в первую очередь протекает процесс окисления наиболее сильного восстановителя, т.е. восстановителя с наиболее отрицательным потенциалом. Если материал анода имеет потенциал более отрицательный, чем потенциал окисления гидроксид-ионов до свободного кислорода, то происходит растворение анода и  эта разновидность электролиза называется электролизом с растворимым анодом. В качестве нерастворимых анодов используют материалы с большими положительными восстановительными потенциалами (Pt, Au, C) или металлы с высокими значениями анодной поляризации (Ta, Ti, Fe  в щелочной среде и др.).

     Электролитическое получение алюминия. Исходным соединением является  Al­2O3. Оксид алюминия  плавится при 2050оС. Поэтому электролизу подвергают раствор Al­2O3 в расплавленном криолите при 950оС. В качестве материала анода используют графитовые стержни, а катодом служит железо, из которого изготавливается  электролизная ванна. На электродах протекают следующие реакции:

катод: Al3+ +3e- → Al

анод: C + 2O2- -4e- → CO2

Материал анода в процессе электролиза расходуется.

 

                Электролиз водного раствора хлорида натрия. В растворе присутствуют ионы Na+, H3O+, Cl- и ОН-. На катоде возможно протекание одного из трех процессов:

                Наибольшее значение восстановительного потенциала отвечает второй реакции, однако, из-за малой концентрации ионов гидроксония в растворе  реально протекает третья реакция и на катоде выделяется водород.

                На аноде возможны процессы:

                Потенциал второй реакции меньше, но перенапряжение этого процесса значительно больше, чем первой реакции и, по этой причине на аноде выделяется хлор. В результате электролиза в растворе накапливаются ионы натрия и гидроксид-ионы, поэтому продуктами процесса     будут водород, хлор и гидроксид натрия.

               

Электролиз растворов солей с растворимым анодом сводится к окислению материала анода (его растворению) и сопровождается переносом металла с анода на катод. Это свойство широко используется при рафинировании (очистке) металлов от загрязнений.