Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей) - ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ

Электролиз расплавленных солей

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.

Рассмотрим процесс электролиза расплава хлорида натрия. В расплаве идет процесс термической диссоциации:

Под действием электрического тока катионы Na⁺ движутся к катоду и принимают от него электроны:

Анионы Cl^- движутся к аноду и отдают электроны:

Суммарное уравнение процессов:

или

На катоде образуется металлический натрий, на аноде — газообразный хлор.

Главное, что вы должны помнить: в процессе электролиза за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая самопроизвольно идти не может.

Электролиз водных растворов электролитов

Более сложный случай — электролиз растворов электролитов.

В растворе соли кроме ионов металла и кислотного остатка присутствуют молекулы воды. Поэтому при рассмотрении процессов на электродах необходимо учитывать их участие в электролизе.

- ЗАПОМНИ. При электролизе катод является восстановителем, а анод — окислителем.

Для определения продуктов электролиза водных растворов электролитов существуют следующие правила.

1. Процесс на катоде зависит не от материала катода, из которого он сделан, а от положения металла (катиона электролита) в электрохимическом ряду напряжений, при этом, если:

1) катион электролита расположен в ряду напряжений в начале ряда по Al включительно, то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется водород H₂↑). Катионы металла не восстанавливаются, они остаются в растворе;

2) катион электролита находится в ряду напряжений между алюминием и водородом, то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды;

3) катион электролита находится в ряду напряжений после водорода, то на катоде восстанавливаются катионы металла;

4) в растворе содержатся катионы разных металлов, то сначала восстанавливается катион металла, стоящий в ряду напряжений правее.

2. Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона:

1) если анод растворяется (железо, цинк, медь, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то окисляется металл анода, несмотря на природу аниона;

2) если анод не растворяется (его называют инертным — графит, золото, платина), то:

· при электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисления аниона;

· при электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде идет процесс окисления воды (выделяется O₂↑). Анионы не окисляются, они остаются в растворе;

· анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:

- ЗАПОМНИ. Продукты электролиза в растворах зависят от положения металла в электрохимическом ряду напряжений металлов, состава аниона и материала электрода.

Попробуем применить эти правила в конкретных ситуациях.

Рассмотрим электролиз раствора хлорида натрия в случае, если анод нерастворимый и если анод растворимый.

1. Анод нерастворимый (например, графитовый).

В растворе идет процесс электролитической диссоциации:

Суммарное уравнение:

Учитывая присутствие ионов Na⁺ в растворе, составляем молекулярное уравнение:

2. Анод растворимый (например, медный):

NaCl = Na⁺ + Cl^-

Если анод растворимый, то металл анода будет окисляться:

Катионы Cu²⁺ в ряду напряжений стоят после (Н⁺), поэтому они и будут восстанавливаться на катоде.

Концентрация NaCl в растворе не меняется.

Рассмотрим электролиз раствора сульфата меди (II) на нерастворимом аноде:

Суммарное ионное уравнение:

Суммарное молекулярное уравнение с учетом присутствия анионов SO₄^2- в растворе:

Рассмотрим электролиз раствора гидроксида калия на нерастворимом аноде:

Суммарное ионное уравнение:

Суммарное молекулярное уравнение:

В данном случае, оказывается, идет только электролиз воды. Аналогичный результат получим и в случае электролиза растворов H₂SO₄, NaNO₃, K₂SO₄ и др.

Электролиз расплавов и растворов веществ широко используется в промышленности.