Электролиз

Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, протекающий в растворах и расплавах электролитов при прохождении постоянного электрического тока. В растворе или расплаве электролита происходит его диссоциация на ионы. При включении электрического тока ионы приобретают направленное движение и на поверхности электродов могут происходить окислительно-восстановительные процессы.

Анод – положительный электрод, на нём идут процессы окисления.

Катод – отрицательный электрод, на нём идут процессы восстановления.

Электролиз расплавов применяется для получения активных металлов, расположенных в ряду напряжений до алюминия (включительно).

Электролиз расплава хлорида натрия

К(-) Na+ + 1e —> Na0

A(+) 2Cl- - 2e —> Cl20

2NaCl(эл.ток) —> 2Na + Cl2 (только при электролизе расплава).

Алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплавленном криолите (Na3AlF6).

2Al2O3(эл.ток) —>4Al +3O2

K(-)Al3++3e‾ —>Al

A(+)2O2‾-2e‾ —>O2

Электролиз расплава гидроксида калия .

KOH—>K+ +OH‾

К(-) K+ + 1e —> K0

A(+) 4OH- - 4e —> O20 +2Н2О

4KOH(эл.ток) —> 4K0 + O20 +2Н2О

Электролиз водных растворов протекает сложнее, так как на электродах в этом случае могут восстанавливаться или окисляться молекулы воды.

Электролиз водных растворов солей более сложен из-за возможного участия в электродных процессах молекул воды на катоде и на аноде.

Правила электролиза в водных растворах.

На катоде:

1. Катионы, расположенные в ряду напряжений металлов от лития до алюминия (включительно), а также катионы NН4+ не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды:

2Н2О + 2е —> Н2 + 2ОН-

2. Катионы, расположенные в ряду напряжений после алюминия до водорода, могут восстанавливаться вместе с молекулами воды:

2Н2О + 2е —> Н2 + 2ОН-

Zn2+ + 2e —> Zn0

3. Катионы, расположенные в ряду напряжений после водорода, полностью восстанавливаются: Аg+ + 1е —> Аg 0

4. В растворах кислот восстанавливаются ионы водорода: 2Н+ + 2е —> Н2

На аноде:

1. Кислородосодержащие анионы и F- – не окисляются, вместо них окисляются молекулы воды:

2Н2О – 4е —> О2 + 4Н+

2.Анионы серы, иода, брома, хлора (в этой последовательности) окисляются до простых веществ:

2Сl- – 2е —> Сl20 S2- - 2е —> S 0

3. В растворах щелочей окисляются гидроксид-ионы:

4ОН- - 4е —> О2 + 2Н2О

4. В растворах солей карбоновых кислот окисляются анионы:

2 R - СОО- - 2е —> R - R + 2СО2

5. При использовании растворимых анодов электроны во внешнюю цепь посылает сам анод за счёт окисления атомов металла, из которого сделан анод:

Сu0 - 2е —> Сu2+

Примеры процессам электролиза в водных растворах электролитов

Пример 1. K2 SO4—> 2K+ + SO42-

K(-)2H2O + 2e‾ —> H2 + 2OH-

A(+)2H2O – 4e‾ —> O2 + 4H+

Общее уравнение электролиза: 2H2O(эл.ток) —>2 H2 + O2

Пример 2. NaCl —>Na+ +Cl‾

K(-)2H2O + 2e‾ —> H2 + 2OH-

A(+) 2Cl- - 2e —> Cl20

2NaCl +2H2O(эл.ток ) —> H2 + 2NaOH + Cl2

Пример 3. Cu SO4 —> Cu2+ + SO42-

K(-) Cu2+ + 2e‾ —> Cu

A(+)2H2O – 4e‾ —> O2 + 4H+

Общее уравнение электролиза: 2 Cu SO4+ 2H2O(эл. ток ) —>2Cu + O2 + 2H2 SO4

Пример 4. CH3COONa—>CH3COO‾ +Na+

K(-)2H2O + 2e‾ —> H2 + 2OH-

A(+)2CH3COO‾– 2e‾ —>C2H6 +2CO2

Общее уравнение электролиза:

CH3COONa+2H2O(эл.ток) —> H2 + 2NaHCO3+C2H6