Электролиз.
Электролиз – это совокупность окислительно-восстановительных процессов, происходящих при пропускании постоянного электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из двух электродов, опущенных в расплав или раствор электролита.
Энергия, необходимая для протекания химической реакции, поступает от внешнего источника тока.
Зависимость количества вещества, образовавшегося при электролизе от времени и силы тока описывается обобщённым законом Фарадея.
, где
m – масса образовавшегося при электролизе вещества (г)
M – молярная масса вещества (г/моль)
N – количество отдаваемых или принимаемых ē.
I – сила тока (А)
t – продолжительность процесса (с)
f – постоянная Фарадея, характеризующая количество электричества, необходимое для выделения M/n данного вещества.
f = 96500 Кл/моль
Катод – это электрод, на котором происходит восстановление. Он заряжен отрицательно, поэтому к нему движутся катионы.
Анод – это электрод, на котором происходит окисление. Он заряжен положительно, поэтому к нему движутся анионы.
Электролиз расплавов солей и щелочей.
При расплавлении мы имеем дело только с одним веществом – электролитом. При расплавлении электролиты диссоциируют на катионы и анионы, которые, при пропускании электрического тока, движутся к соответствующим электродам.
Электролиз расплава хлорида калия – KCl.
K(-) A(-)
- , 2Cl- 2ē → Cl20
1
эл. ток
2Cl + 2K+ → Cl20 + 2K0
эл. ток
KCl K+ + Cl 2KCl → Cl20↑ + 2K0
Электролиз расплава гидроксида калия – KOH
KOH K+ + OH
-
OH,
4OH 4ē → 2H2O + O20
1
эл. ток
4K+ + 4OH → K0 + 2H2O + O20
эл. ток
4KOH → 4K0 + 2H2O +O20↑
Вывод: при электролизе расплавов однозначно на катоде выделяется металл, а на аноде – газ-галоген (в случае галогенидов) или газ-кислород в (случае щелочей).
Электролиз в водных растворах.
В водных растворах электролитов (солей, кислот, щелочей) помимо самого электролита всегда присутствуют молекулы воды. Из-за присутствия воды, электролиз растворов по сравнению с электролизом расплавов, усложняется конкурирующими процессами на электродах. Какие процессы будут протекать у электродов при электролизе зависит прежде всего от относительных значений электродных потенциалов соответствующих электрохимических систем.
На катоде будут восстанавливаться окисленные формы электрохимических систем, имеющих наибольший электродный потенциал.
На аноде будут окисляться окисленные формы электрохимических систем, имеющих наименьший электродный потенциал.
Выбор восстанавливающейся частицы на катоде.
На катоде возможно протекание двух процессов:
Восстановление металла: Men+ + nē → Me0,
Восстановление воды: 2H2O + 2ē → H20 + 2OH, φ0 = -0.41В
2H2O + 2ē → H20 + 2OH
Параллельно могут протекать и восстановление металла и восстановление воды
В концентрированных растворах реальнее восстановление металла, а в разбавленных - воды
Восстанавливаются ионы
водорода.
Восстанавливается металл:
Men+ + nē → Me0
Выбор окисляющейся частицы на аноде.
Различают электролиз с инертными (нерастворимыми) и активными (растворимыми) электродами. Они отличаются тем, что в случае активного анода к конкурирующим процессам добавляется процесс растворения материала анода.
вода 2H2O - 4ē → O20 + 4H+
Окисляется OH
4OH - 4ē → O20 + 2H2O
Окисляется анион
2A - 2ē → A20
*выделяется хлор, так как материал анода тормозит окисление воды с выделением кислорода
