Электролиз расплавов и растворов

Оглавление

1. Электролиз расплавленных солей
2. Электролитические диссоциация и ассоциация
3. Шпаргалка
4. Задания для самопроверки

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.
Электролитические диссоциация и ассоциация

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.

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 0₂↑). Анионы не окисляют­ся, они остаются в растворе;

• анионы по их способности окисляться рас­полагаются в следующем порядке:

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:

(гидроксид натрия образуется в катодном пространстве)

2. Анод растворимый (например, медный):

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:

(серная кислота образуется в анодном пространстве)

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.

 

Шпаргалка

 

Справочный материал для прохождения тестирования: