Электролиз расплавов и растворов веществ

Электролиз – это окислительно – восстановительные реакции, протекающие на электродах,  если через расплав или раствор электролита пропускают постоянный электрический ток.

Катод – восстановитель, отдаёт электроны катионам.

Анод – окислитель, принимает электроны от анионов.

Ряд активности катионов:

 

 

 

Na+, Mg2+, Al3+, Zn2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Ag+

_____________________________→

Усиление окислительной способности

Ряд активности анионов:

 

 

 

 

I-, Br-, Cl-, OH-, NO3-, CO32-, SO42-

←__________________________________

Возрастание восстановительной способности

Процессы, протекающие на электродах при электролизе расплавов

                             (не зависят от материала электродов и природы ионов).

1. На аноде разряжаются анионы (Am-;  OH-), превращаясь в нейтральные атомы или молекулы:

                  Am- - mē → A°;    4OH- - 4ē → O2↑ + 2H2O (процессы окисления).

2. На катоде разряжаются катионы (Men+, H+), превращаясь в нейтральные атомы или молекулы:

                 Men+ + nē → Me° ;      2H+ + 2ē → H20↑    (процессы восстановления).

                  Процессы, протекающие на электродах при электролизе растворов

                 КАТОД (-)

Не зависят от материала катода; зависят от положения металла в ряду напряжений

                                          АНОД (+)

        Зависят от материала анода и природы анионов.

Анод нерастворимый (инертный), т.е. изготовлен из угля, графита, платины, золота.

Анод растворимый (активный), т.е. изготовлен из Cu, Ag, Zn, Ni, Fe и др. металлов (кроме Pt, Au)

1.В первую очередь восстанавливаются катионы металлов, стоящие в ряду напряжений после H2:

          Men+ +nē → Me°

1.В первую очередь окисляются анионы бескислородных кислот (кроме F- ):

          Am- - mē → A°

Анионы не окисляются.

Идёт окисление атомов металла анода:

 

           Me° - nē → Men+

Катионы Men+ переходят в раствор.

Масса анода уменьшается.

2.Катионы металлов средней активности, стоящие между Al иH2, восстанавливаются одновременно с водой:

          Men+ + nē →Me°

   2H2O + 2ē → H2↑ + 2OH-

2.Анионы оксокислот (SO42-, CO32-,..) и F- не окисляются, идёт окисление молекул H2O:

   2H2O - 4ē → O2↑ +4H+

3.Катионы активных металлов от Li до Al (включительно) не восстанавливаются, а восстанавливаются молекулы H2O:

    2H2O + 2ē →H2↑ + 2OH-

3.При электролизе растворов щелочей окисляются ионы OH-:

   4OH- - 4ē → O2↑ +2H2O

4.При электролизе растворов кислот восстанавливаются катионы H+:

            2H + + 2ē → H20

 ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВОВ

Задание 1. Составьте схему электролиза расплава бромида натрия.  (Алгоритм 1.)

Последовательность действий

Выполнение действий

1.Составить уравнение диссоциации соли

NaBr → Na+ + Br-

2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам

K- (катод): Na+,

A+ (анод): Br-

3.Составить схемы процессов окисления и восстановления

K+Na+ + 1ē → Na0 (восстановление),

A+ :   2Br- - 2ē →Br20 (окисление).

4.Составить уравнение электролиза расплава соли

2NaBr = 2Na +Br2

Задание 2. Составьте схему электролиза расплава гидроксида натрия.  (Алгоритм 2.)

Последовательность действий

Выполнение действий

1.Составить уравнение диссоциации щёлочи

NaOH → Na+ + OH-

2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам

K-(катод):  Na+,

A+ (анод):   OH-.

3.Составить схемы процессов окисления и восстановления

K-:   Na+ + 1ē → Na0 (восстановление),

A+:   4OH- - 4ē → 2H2O + O2↑ (окисление).

 

4.Составить уравнение электролиза расплава щёлочи

4NaOH  =  4Na + 2H2O + O2

Задание 3. Составьте схему электролиза расплава сульфата натрия.  (Алгоритм 3.)

Последовательность действий

Выполнение действий

1.Составить уравнение диссоциации соли

Na2SO4 → 2Na+ + SO42-

2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам

K-(катод):  Na+

A+(анод):   SO42-

3.Составить схемы процессов восстановления и окисления

K-:  Na+ + 1ē → Na0,

A+:  2SO42- - 4ē → 2SO3↑ + O2

4.Составить уравнение электролиза расплава соли

2Na2SO4  =  4Na + 2SO3↑ + O2

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСТВОРОВ

Задание 1. Составить схему электролиза водного раствора хлорида натрия с использованием инертных электродов. (Алгоритм 1.)

Последовательность действий

Выполнение действий

1.Составить уравнение диссоциации соли

NaCl → Na+ + Cl-

2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах

Ионы натрия в растворе не восстанавливаются, поэтому идёт восстановление воды. Ионы хлора окисляются.

3.Составить схемы процессов восстановления и окисления

K-:   2H2O + 2ē → H2↑ + 2OH-

A+:    2Cl- - 2ē → Cl2 

4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли

2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH

Задание 2. Составить схему электролиза водного раствора сульфата меди (II) с использованием инертных электродов.  (Алгоритм 2.)

Последовательность действий

Выполнение действий

1.Составить уравнение диссоциации соли

CuSO4 → Cu2+ + SO42-

2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах

На катоде восстанавливаются ионы меди. На аноде в водном растворе сульфат-ионы не окисляются, поэтому окисляется вода.

3.Составить схемы процессов восстановления и окисления

K-:    Cu2+ + 2ē → Cu0

A+:   2H2O - 4ē → O2↑ +4H+  

4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли

2CuSO4 +2H2O = 2Cu + O2↑ + 2H2SO4

Задание 3. Составить схему электролиза водного раствора водного раствора гидроксида натрия с использованием инертных электродов.   (Алгоритм 3.)

Последовательность действий

Выполнение действий

1.Составить уравнение диссоциации щёлочи

NaOH → Na+ + OH-

2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах

Ионы натрия не могут восстанавливаться, поэтому на катоде идёт восстановление воды. На аноде окисляются гидроксид-ионы.

3.Составить схемы процессов восстановления и окисления

K-:   2H2O + 2ē → H2↑ + 2OH-

A+:   4OH- - 4ē → 2H2O + O2↑   

4.Составить уравнение электролиза водного раствора щёлочи

2H2O = 2H2 ↑+ O2↑, т.е. электролиз водного раствора щёлочи сводится к электролизу воды.

Запомнить. При электролизе кислородсодержащих кислот  (H2SO4 и др.) , оснований (NaOH, Ca(OH)2 и др.), солей активных металлов и кислородсодержащих кислот  (K2SO4 и др.) на электродах протекает электролиз воды: 2H2O = 2H2 ↑+ O2

Задание 4. Составить схему электролиза водного раствора нитрата серебра с использованием анода, изготовленного из серебра, т.е. анод – растворимый. (Алгоритм 4.)

Последовательность действий

Выполнение действий

1.Составить уравнение диссоциации соли

AgNO3 → Ag+ + NO3-

2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах

На катоде восстанавливаются ионы серебра, серебряный анод растворяется.

3.Составить схемы процессов восстановления и окисления

K-Ag+ + 1ē→ Ag0

A+:  Ag0 - 1ē→ Ag+

4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли

Ag+ + Ag0 = Ag0 + Ag+ электролиз сводится к переносу серебра с анода на катод.

Comments