Электролиз солей (на примере электролиза раствора соли с растворимым анодом). Схема электролиза. Последовательность электродных процессов

Последовательность электродных процессов. При электролизе расплавов электролитов в электролите находятся лишь один вид катионов и один вид анионов, поэтому схема электролиза проста. Однако часто в электролите присутствуют несколько видов катионов и анионов и недиссоциированных молекул, поэтому возможно протекание нескольких электродных реакций.

Катодные процессы. Так как на катоде идет реакция восстановления, т. е. прием электронов окислителем, то в первую очередь должны реагировать наиболее сильные окислители. На катоде прежде всего протекает реакция с наиболее положительным потенциалом. Для катодного восстановления при электролизе водного раствора электролита все окислители можно разделить на три группы.

Ионы металлов, потенциал которых более отрицателен, чем потенциал водородного электрода. К ним относятся ионы металлов, стоящих в ряду напряжений до алюминия включительно. В водных растворах разряд этих ионов на катоде практически не происходит, вместо них выделяется водород: 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН– (2Н+ + 2е = Н2). Металлы могут быть получены электролизом из расплавленных солей, в которых ионы Н+ отсутствуют.

Катионы металлов, потенциал которых более положителен, чем потенциал водородного электрода. Они находятся в ряду напряжений после водорода и при электролизе практически полностью восстанавливаются на катоде: Men+ + ne = Me0.

Ионы металлов, потенциал которых относительно мало отличается от потенциала водородного электрода. К ним относятся ионы металлов, находящихся в ряду напряжений между алюминием и водородом. При электролизе на катоде они восстанавливаются одновременно с молекулами воды.

Анодные процессы. На аноде протекают реакции окисления восстановителей, т. е. отдача электронов. Поэтому на аноде в первую очередь окисляются вещества, имеющие наиболее отрицательный потенциал.

Характер реакций на аноде зависит также и от материала электрода. Различают нерастворимые и растворимые аноды.

Нерастворимые аноды изготавливают из угля, графита, платины. При электролизе нерастворимые аноды сами не посылают электроны во внешнюю цепь, электроны посылаются в результате окисления анионов и молекул воды. При этом аноны бескислородных кислот при их достаточной концентрации окисляются довольно легко (2Cl – - 2e = Cl2). Если же раствор содержит анионы кислородных кислот (например, SO42–, NO3–, PO43– и др.) то на аноде окисляются не эти ионы, а молекулы воды:

2Н2О – 4е = О2 + 4Н+.

Растворимые аноды. Электроны во внешнюю цепь посылает сам анод, а не анионы раствора. Растворимые аноды изготавливаются из меди, серебра, цинка, никеля и др. металлов. При электролизе с растворимым анодом идет анодное окисление атомов металла: Me0 – ne = Men+. Некоторые металлы практически не растворяются из-за высокой анодной поляризации, например никель и железо в щелочном растворителе, свинец в серной кислоте. Явление торможения анодного растворения металла из-за образования защитных слоев называется пассивностью металла.

На активном (растворимом) аноде, сделанном из металла, стоящего в ряду напряжений до серебра, будет происходить растворение материала анода (обычно параллельно с одной из реакций пункта 1)

1) На аноде

— окисление аниона, входящего в состав электролита;

— окисление гидроксид-ионов из воды до кислорода;

— растворение материала анода (если он не инертный).

На катоде при электролизе солей, содержащих катионы

а) аммония или металлов, стоящих в ряду напряжений до алюминия, будет выделяться водород;

б) металлов, стоящих в ряду напряжений после водорода, будет выделяться соответствующий металл;

. в) металлов, стоящих в ряду напряжений между алюминием и водородом, скорее всего будут совместно происходить выделение металла и водорода.