Электролиз

Электролиз – это окислительно-восстановительная реакция, протекающая при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита.

Если в водный раствор электролита или его расплав опустить электроды, соединенные с источником постоянного тока, то хаотичное движение ионов становится направленным: катионы двигаются к катоду (отрицательно заряженному электроду), а анионы – к аноду (положительно заряженному электроду).

С катода электроны переходят к положительно заряженным ионам, в результате чего они превращаются в нейтральные атомы, следовательно, на катоде происходит процесс восстановления. Катод является самым сильным восстановителем.

Отрицательно заряженные ионы отдают электроны аноду и также разряжаются. На аноде происходит процесс окисления.

При пропускании электрического тока через водные растворы солей металлов, имеющих стандартный электродный потенциал больше –0,41 В (потенциал водорода при [H⁺] = 10^-7 моль/л), на катоде восстанавливаются ионы металлов:

Meⁿ⁺ + 2ē = Me.

Если же стандартный электродный потенциал металла меньше –0,41 В, то происходит восстановление молекул воды:

2H₂O + 2ē = H₂↑ + 2OH^-.

В реальных условиях молекулы воды восстанавливаются только при электролизе водных растворов солей очень активных

металлов, расположенных в ряду стандартных электродных потенциалов до алюминия включительно.

Если же водный раствор содержит катионы различных металлов, то при электролизе их выделение на катоде протекает в порядке уменьшения алгебраической величины стандартного электродного потенциала, т. е. сначала восстанавливаются Au³⁺, затем Ag⁺, Cu²⁺ и Fe^2+..

В кислой среде на катоде восстанавливаются ионы водорода

2H⁺ + 2ē = H₂↑

На аноде происходит окисление анионов или молекул воды. Легче всего окисляются анионы бескислородных кислот (S^2-, J^-, Br^-, Cl^-):

2Cl^- - 2ē = Cl₂.

Если раствор содержит анионы кислородных кислот (SO , N C P ), то на аноде окисляются не эти ионы, а молекулы воды с выделением кислорода:

2H₂O – 4ē = O₂↑ + 4H⁺.

В щелочной среде происходит окисление гидроксид-иона с образованием кислорода

4ОН^- - 4ē = О₂↑ + 2Н₂О.

Такие процессы протекают, если электролиз происходит на нерастворимых электродах, т. е. на таких, материал которых не принимает участия в электролизе. Нерастворимые электроды изготавливают из золота, платины или графита.

В случае растворимого анода происходит окисление самого анода. Образовавшиеся ионы металла переходят в раствор и восстанавливаются на катоде, т. е. происходит перенос металла с анода на катод.