Электролиз. Практическое применение электролиза.
Совокупность окислительно-восстановительных реакций, которые протекают на электродах при пропускании электрического тока через растворы или расплавы электролитов, называют электролизом.
Сущность электролиза состоит в том, что за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самостоятельно.
На катоде происходит процесс передачи электронов катионам из раствора или расплава, поэтому катод служит восстановителем. На аноде происходит отдача электронов анионами, поэтому анод является окислителем.
Электролиз расплавов и электролиз растворов отличаются друг от друга. В растворе соли кроме ионов металла и кислотного остатка присутствуют молекулы воды и ионы H+, OH- - продукты диссоциации H2O. Поэтому при рассмотрении реакций на электродах необходимо учитывать возможность участия молекул H2O в электролизе.
Для определения результатов электролиза водных растворов существуют следующие правила:
Процесс на катоде не зависит от материала катода, а зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжений:
Если катион электролита расположен левее Al, то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется H2↑): 2H2O+2℮=H2↑+2OH-.
Если катион электролита расположен между Al и H, то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды: Men++n℮=Me0 2H2O+2℮=H2↑+2OH-.
Если катион электролита расположен правее H, то на катоде идет процесс восстановления ионов металла: Men++n℮=Me0.
Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона:
Если анод нерастворимый, т.е. инертный (уголь, графит, платина), то:
а) при электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисления аниона: Аm--m℮=A0;
б) при электролизе растворов солей оксокислот и фторидов на аноде идет процесс окисления воды (выделяется O2↑): 2H2O-4℮=O2↑+4H+
При электролизе растворов щелочей идет окисление гидроксид-ионов:
4OH--4℮=O2↑+2H2O.
Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора хлорида меди(II) на инертных электродах. В растворе находятся ионы Cu2+и Сl-, которые под действием электрического тока направляются к соответствующим электродам:
CuCl2
↓
К-← Cu2+ + 2Cl- → А+
Cu2++2℮→Cu0 2Cl--2℮→Cl2
CuCl2→Cu+Cl2↑
Электролиз водных растворов солей широко используют в химической промышленности для получения щелочей, хлора, водорода.
Если анод растворимый (железо, медь, цинк и т.д.), то независимо от природы аниона всегда идет окисление металла анода.
CuCl2
↓
К-← Cu2+ + 2Cl- → А+
Cu2++2℮→Cu0 Cu0-2℮→Cu2+
Таким образом, электролиз растворов солей с использованием растворимого анода сводиться к окислению материала анода (его растворению) и сопровождается переносом металла с анода на катод. Это свойство широко используется при рафинировании металлов (очистке от загрязнений) в электрометаллургии.
Для получения высокоактивных металлов (натрия, алюминия, кальция и др.) легко вступающих во взаимодействие с водой, применяют электролиз расплавов солей или оксидов:
NaCl
↓
К-← Na+ + Cl- → А+
Na++1℮→Na0 2Cl--2℮→Cl2
2NaCl→2Na+Cl2↑
Для декоративной отделки, для защиты металлических изделий от коррозии на их поверхности с помощью электролиза наносят тончайший слой другого металла (хрома, серебра, меди, никеля, золота). Эта отрасль прикладной электрохимии называется гальваностегией. Гальванические цеха есть на многих металлургических и машиностроительных заводах. Другая область электрохимии – гальванопластика – это получение точных металлических копий с различных предметов. Так изготавливают медали, монеты, произведения искусства.
