Электролиз расплавов и растворов неорганических и органических электролитов.
Электролиз – совокупность окислительно – восстановительных процессов, протекающих в расплавах и растворах электролитов под действием постоянного электрического тока.
В расплавах электролизу подвергаются: щёлочи, термически устойчивые соли, оксиды металлов; в растворах – кислоты, щёлочи, соли.
При электролизе растворов разрядка анионов и катионов на инертных электродах идёт в
определённом порядке.
Порядок разрядки анионов
В первую очередь разряжаются бескислородные ионы: S2-; I-; Br-;Cl - и анионы органических кислот: 2RCOO - - 2e - → 2CO2 + R-R. Во вторую очередь разряжается гидроксид – ионВ щелочной среде: 4ОН- - 4е - → О2 + 2Н2О
В кислотной и нейтральной средах:
2Н2О – 4е - → О2 + 4Н+.
В растворе не разряжаются анионы кислородсодержащих кислотных остатков и F-Порядок разрядки катионов
В первую очередь на катоде разряжаются катионы металлов, стоящих в рядунапряжений металлов после водорода.
Во вторую очередь в кислотной среде разряжаются катионы водорода:2Н+ + 2е- → Н2
или вода (в нейтральной и щелочной средах):
2Н2О + 2е- → Н2 + 2ОН-.
Одновременно с водой могут разряжаться катионы металлов, стоящих в рядунапряжений металлов от алюминия до водорода.
В растворах никогда не разряжаются катионы металлов, стоящих в ряду напряженийметаллов до алюминия ( включительно).
Рассмотрим примеры:
I. Электролиз расплавов:
а) солей: NaCl ↔ Na+ + Cl-
расплав
АНОД (+) : 2Cl - - 2e- → Cl2↑│1
КАТОД (-) : Na+ + 1e - → Na │2
____________________________
2NaCl → 2Na + Cl2↑
б) щелочей: NaOH ↔ Na+ + OH -
расплав
АНОД (+) : 4OH - - 4e- → 2H2O + O2↑ │1
КАТОД (-) : Na+ + 1e - → Na0 │4
____________________________________
4 NaOH → 4Na + O2 + 2H2O
Na3AlF6
в) оксидов: Al2O3 ↔ 2Al3+ + 3O2-
АНОД (+): 2O-2 – 4e - → O2 │
КАТОД (-): Al+3 + 3e - → Al0 │
______________________________
2Al2O3 → 4Al +3O2↑
II Электролиз растворов:
a) KI → K+ + I-
раствор
АНОД (+): 2I - - 2e- → I2
КАТОД (-): 2Н2О + 2е - → Н2 + 2ОН -
___________________________________
2KI + 2H2O → 2KOH + I2 + H2 ↑
б) CuSO4 ↔ Cu2+ + SO42-
раствор
АНОД (+): 2Н2О – 4е - → О2 + 4Н+ │ 1
КАТОД (-): Сu2+ + 2e- → Cu0 2
___________________________________
2CuSO4 + 2H2O → 2Cu↓ + O2↑ +2H2SO4
в) CH3COONa ↔ CH3COO - + Na+
АНОД (+): 2СН3СОО - - 2е- → С2Н6↑ + 2СО2↑
КАТОД (-): 2Н2О + 2е - → Н2↑ + 2ОН-
_______________________________________________
2СН3СООNa + 2H2O → C2H6 ↑+ 2CO2↑ + 2NaOH + H2↑
г) Na2SO4 ↔ Na+ + SO42-
раствор
АНОД (+): 2Н2О – 4е - → О2↑ + 4Н+ │1
КАТОД (-): 2Н2О + 2е - → Н2↑+ 2ОН - │2
_____________________________________
2Н2О → 2Н2↑ + О2↑
При разрядке солей металлов ( от Al до Н) на катоде идут два конкурирующих
Процесса:
1) 2Н2О + 2е - → Н2 + 2ОН-
2) Me+n +ne - → Me0
Для таких процессов принято записывать два суммарных уравнения электролиза.
Пример: NiCl2 ↔ Ni2+ + Cl-
АНОД (+): 2Cl - - 2e - → Cl2
КАТОД (-): 1) 2H2O + 2e - → H2 + 2OH-
2) Ni+2 + 2e - → Ni0
Суммарные уравнения:
1) NiCl2 + 2H2O → Ni(OH)2 + H2 + Cl2
2) NiCl2 + H2O → Ni + Cl2 + H2O
Преобладание того или иного процесса зависит от: 1) концентрации соли в растворе ( чем выше концентрация, тем в большей степени идёт процесс (2); 2) положения металла в ряду напряжений ( чем ближе к водороду, тем в большей степени идёт процесс (2).
Инертные электроды делают из графита, платины.
В случае, если анод сделан из более активного, чем платина металла, он разрушается в
ходе электролиза ( активный анод ).
Пример:
Анод (Сu); раствор CuCl2:
Анод разрушается: Cu0 + 2e- → Cu2+
На катоде идёт процесс: Cu2+ + 2e- → Cu0.
Электролиз с активными анодами используют для очистки металлов от примесей,
для нанесения металлического покрытия на изделия.
Электролиз с инертными электродами используют для получения металлов, галогенов,
щелочей, некоторых солей ( KClO3).
Основные порталы (построено редакторами)