Электролиз

Электролиз – это совокупность процессов, протекающих в растворе или расплаве электролита при пропускании через него электрического тока.

Электролиз – дословно: «lysis» – разложение, растворение, распад и «электро» – электрическим током.

Электролиз является одним из важнейших направлений в электрохимии.

Электрический ток, проходя через растворы, вызывает в них, так же как и в расплавах, химические изменения, выражающиеся в том, что из растворов выделяются продукты разложения растворенного вещества или растворителя. Вещества, растворы которых проводят электрический ток за счет движения ионов, получили название электролитов. Электролитами являются кислоты, основания и соли. Это проводники электричества II рода.

Электролиз осуществляется в электролизёрах. Простейший электролизер – это сосуд, заполненный раствором электролита, в который погружены два электрода, соединенные с источником постоянного тока (рис. 6).

Рис. 6. Схема электролизера

Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего

источника тока присоединяют катод, а к положительному – анод и погружают их в электролит. При прохождении тока через электролит положительно заряжённые ионы(K⁺, Cu²⁺, NH₄⁺, Fe²⁺ и другие) под действием электрического поля движутся к отрицательному электроду – катоду, называются катионами, а отрицательно заряжённые ионы (Cl^–, CN^–, F^–, SO₄^2–, NO₃^– и др.) – к положительному электроду – аноду, и называются анионами.

На катоде идёт процесс восстановления катионов: Ме ^{n +}, H⁺, H₂O.

На аноде процесс окисления анионов: An ^{m –}, OH^–, H₂O.

Различают электролиз расплавов и растворов электролитов.

Электролиз расплавов. Процессы в расплавленных электролитах – наиболее простой случай электролиза, т.к. при таком виде электролиза разложению подвергается только одно исследуемое вещество – сам электролит.

Рассмотрим электродные реакции на примере электролиза расплава хлорида натрия (NaCl) и гидроксида калия (KOH).

а) Хлорид натрия как сильный электролит диссоциирует на ионы:

.

К катоду притягиваются положительно заряженные ионы Na⁺, а к аноду – отрицательно заряженные ионы Cl^–.

На катоде протекает процесс восстановления из ионов натрия – натрия металлического

Na⁺ + ® Na^о,

а на аноде – процесс окисления, за счет которого и образуется молекулярный хлор из соответствующих ионов Cl^–:

Суммарное уравнение электролиза расплава хлорида натрия:

Разберем еще один пример электролиза расплава гидроксида калия (KOH). В расплаве едкого калия содержатся ионы K⁺ и OH^–, на катоде происходит выделение металлического калия, а у анода ионы OH^– окисляются с образованием воды и кислорода.

Уравнение электролиза расплава KOH записывается следующим образом:

Если электролизу подвергается расплав, который содержит несколько катионов металлов, то в этом случае последовательность восстановления определяется электродными потенциалами металлов (см. приложение, табл. 7), причем, в первую очередь восстанавливаются катионы металлов, обладающие большими значениями электродного потенциала.

Электролиз водных растворов. Процессы в водных растворах электролитов – более сложный случай электролиза, т.к. в этом случае разложению действием тока подвергаются не только молекулы электролита, но и молекулы воды.

Характер химических реакций в водных растворах на катоде определяется положением металла в ряду стандартных электродных потенциалов.

Руководствуясь рядом стандартных электродных потенциалов металлов, последовательность восстановительных процессов на катоде можно представить в следующем виде: