Электролиз водных растворов солей.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

В водных растворах кроме ионов самого электролита находятся также молекулы воды, способные восстанавливаться на катоде и окисляться на аноде.

Процессы на катоде. Возможность протекания восстановления ионов металла или молекул воды определяется значением электродного потенциала металла, т.е. его активностью, а также характером среды (рН). В общем случае (без влияния характера среды) на катоде могут протекать следующие процессы (табл. 1):

1) если электролизу подвергается соль активного металла, то на катоде восстанавливаются молекулы воды. В результате катода выделяется водород;

2) если электролизу подвергается соль среднеактивного металла, то происходит одновременное восстановление и катионов металла, и молекул воды;

3) если электролизу подвергается соль малоактивного металла, то на катоде восстанавливаются только катионы металла.

Таблица 1

Схема процессов, протекающих на катоде

	Li, Rb, K, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Be, Al
1.
	Восстановление молекул воды
	2H₂O + 2		→ H₂ + 2OH ^–
		e
	Ti, Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, (H)

_2.Восстановление молекул воды и катиона металла

2H₂O + 2 e → H₂ + 2OH ^–

Meⁿ⁺ + n e → Me ⁰

Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au

Восстановление катиона металла

Meⁿ⁺ + n

→ Me ⁰

Процессы на аноде.При рассмотрении анодных процессовследует учитывать тот факт, что материал анода в ходе элек-тролиза может окисляться. Поэтому различают электролиз с инертным анодом и электролиз с активным анодом.

Инертным называется анод,материал которого в процессеэлектролиза химически не изменяется. Для изготовления инертных анодов обычно применяют графит, уголь, платину. На инертном аноде при электролизе водных растворов могут протекать процессы (см. табл. 2):

1. Если электролизу подвергается соль безкислородной кислоты, то на аноде окисляется анион кислотного остатка. Исключением является фтор-анион, имеющий высокий окислительный потенциал.

2. Если электролизу подвергается соль кислородсодержащей

кислоты или сама кислота, то на аноде окисляются молекулы воды. В результате у анода выделяется кислород.

Таблица 2

Схема процессов, протекающих на аноде

S² ^–, I ^–, Br ^–, Cl ^–

Окисление кислотного остатка

Xⁿ ^– – n

→ X ⁰

F^- , SO ²

^- , SO ²

^- , NO ^-

, NO ^- , CO ²

^- , PO³

, MnO^-

Окисление молекул воды

2H₂O – 4

→ O₂ + 4H⁺

Активным называется анод,материал которого(металл)входит в состав электролизуемой соли. При этом материал анода окисляется и металл переходит в раствор в виде ионов, т.е. окисляется. Активные аноды изготавливают из Cu, Ag, Zn, Cd, Ni, Fe и т.д. Для примера приведем электролиз нитрата серебра (AgNO₃) с нерастворимым и растворимым анодами (Ag):

Инертный анод

Активный анод (Ag)

К (–): Ag¹⁺ +1

→ Ag⁰

К (–): Ag¹⁺

→ Ag⁰

А (+): 2H₂O – 4

→ O₂+ 4H⁺

А (+): Ag⁰

– 1

→ Ag¹⁺

Процессы электролиза характеризуются законами Фарадея, определяющие зависимость между количеством прошедшего электричества и количеством вещества, испытывающего химические превращения на электроде.

1 закон. Количество вещества, выделяемое на электроде, прямо пропорционально количеству пропущенного электричества.

m =	^M Э	×Q ,	(1)

	F

где m – масса вещества испытывающего электрохимическое превращение; M_Э - эквивалентная молярная масса вещества;

F – постоянная Фарадея, 96500 Кл; Q – количество электричества.

Так как Q = I × t , где I -сила тока А, τ – время, с., формулу 1 можно переписать в следующем виде:

m =	M _Э	× I ×τ .	(2)

	F

Обычно, количество вещества, выделяющегося на электроде меньше рассчитанного по уравнению Фарадея. Поэтому введе-но понятие выход по току (ƞ, %).

ƞ =	^m теор.	×100% ,	(3)

	^m экспер.

где m_теор_. – масса выделяемого при электролизе вещества, рас-

считанное по Закону Фарадея (1), m_экспер_.– масса вещества выделавшегося в процессе эксперимента.

2 закон. Массы, прореагировавших на электродах веществ при постоянном количестве электричества относятся друг к другу как молярные массы их эквивалентов.