РАЗДЕЛ И. ОБЩАЯ ХИМИЯ

6. Смеси веществ. Растворы

6.13. Электролиз

6.13.2. Электролиз водных растворов электролитов (кислот, оснований, солей)

Во время электролиза водных растворов электролитов, кроме катионов и анионов растворенного вещества, в процессах окисления и восстановления, происходящих на электродах, могут участвовать молекулы воды. При этом могут происходить следующие процессы:

• на катоде: (восстанавливается Водород с образованием водорода);

• на аноде: (окисляется Кислород с образованием кислорода).

Или образуются продукты окисления - восстановления воды, зависит от природы растворенного вещества и соответственно химического состава раствора (катионов, анионов)¹.

И. Катодные (восстановительные) процессы

На катоде может происходить восстановление катионов металлического элемента, ионов Водорода (в случае электролиза растворов кислот или молекул воды). Ионы металлических элементов восстанавливаются тем легче, чем меньше их электрохимический потенциал:

В зависимости от активности металлического элемента, от которого происходит катион, можно выделить три случая электролитических процессов, происходящих на катоде:

II. Анодные (окислительные) процессы

Окислительная способность анионов зависит от их состава. По способности окисляться их также можно разместить в ряд:

На аноде может происходить окисление анионов только безоксигеновых кислот (за исключением флуорид-иона F^-):

Рассмотрим примеры электролиза водных растворов солей.

Пример 4. Электролиз раствора CuSO₄:

1. Записываем уравнения электролитической диссоциации купрум(ІІ) сульфата:

2. Возле катода, кроме молекул воды, накапливаются ионы Сu²⁺, которые и восстанавливаются:

3. Возле анода, кроме молекул воды, накапливаются сульфат-ионы SO₄^2-, которые, однако, не окисляются. Окисляются молекулы воды:

Таким образом образуется сульфатная кислота.

Далее аналогично действиям 4-5 примера 1 проводят электронный баланс, грустят электронные рівняйю и получают молекулярное уравнение электролиза:

Пример 5. Электролиз водного раствора КСl:

Пример 6. Электролиз водного раствора Na₂SO₄:

Пример 7. Электролиз водного раствора натрий сульфида

Отметим, что в рассмотренных выше примерах описано электролиз с использованием инертных электродов, их изготавливают из графита, платины, золота, которые не участвуют в электролизе. Электроды, изготовленные из более активных металлов, называют растворимыми, потому что они во время электролиза окисляются.

Пример 8. Электролиз раствора CuSO₄ с использованием медного анода.

Процессы, которые происходят, подобные тем, что описаны в примере 4:

Но если используют не инертный (графитовый) анод, а растворимый (в нашем случае - медный), происходит его растворения - окисления меди:

Количество меди, которая восстанавливается на катоде и окисляется при растворении анода, одинакова. Поэтому концентрация ионов Сu²⁺ в растворе остается неизменной. На катоде выделяется чистая медь, а примеси, которые есть в металле анода, остаются в растворе или (чаще) выпадают в осадок (шлам). Такой процесс называют электролитическим рафинированием и используют для очистки меди, никеля, серебра, свинца и других металлов от примесей.

_________________________________________________________

¹ В общем на ход электролиза и выход конечных продуктов также влияет природа растворителя, концентрация электролита, материал, из которого изготовлены электроды (см. Пример 8), электродный потенциал, температура, некоторые другие условия.