Пример 1. Составьте электронные уравнения процессов, протекающих на электродах при электролизе раствора и расплава хлорида магния

Составьте электронные уравнения процессов, протекающих на электродах при электролизе раствора и расплава хлорида магния.

Решение.

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании электрического тока через раствор или расплав электролита. Процесс электролиза показывают в виде схемы, которая учитывает диссоциацию электролита, окисление на аноде, восстановление на катоде и образующиеся продукты.

Напишем схему электролиза расплава хлорида магния:

 

MgCl₂ D Mg²⁺ + 2Cl^–,

 

катод (-); Mg²⁺; Mg²⁺ + 2 = Mg⁰ – восстановление,

анод (+); 2Cl^–; 2Cl^– - 2 = Cl – окисление.

 

При электролизе водных растворов солей нужно учитывать и электролиз молекул воды. Так, на катоде можно ожидать восстановление не только катионов металла, но и ионов водорода по схеме:

 

1. Mⁿ⁺ + n = M⁰. (1)

 

2. 2H⁺ + 2 = 2H⁰; 2H⁰ ® H .

(2Н₂О + 2 = Н + 2ОН^–) (2)

 

Из этих конкурирующих процессов протекает тот, который выгоднее энергетически и для которого больше алгебраическое значение потенциала. Величина потенциала восстановления ионов водорода в нейтральном растворе равна
(– 0,41 В). Металлы, стоящие в ряду напряжений за водородом, восстанавливаются прежде, чем водород. Если значение потенциала металла намного меньше, чем (– 0,41 В), на катоде восстанавливается водород. Это – металлы, стоящие в начале ряда напряжений до алюминия включительно. Они из водных растворов не восстанавливаются. Если потенциал металла близок к (– 0,41 В), то возможно одновременное протекание (1) и (2) процессов (по ряду напряжений - это металлы от алюминия до водорода).

На аноде, если имеется несколько конкурирующих процессов, окисление протекает в последовательности:

Анионы бескислородных кислот (кроме F), например,

 

A^n– - n = А⁰.

 

2. Электрохимическое окисление воды по схеме

 

2H₂O - 4 = O₂ + 4H⁺.

 

3. При очень высоких потенциалах разложения и из расплавов возможно окисление остатков кислородсодержащих кислот, например,

 

4NO - 4 =2N₂O₅ + O₂; 2SO - 2 = 2SO₃ + O₂.

 

Напишем схему электролиза раствора хлорида магния:

 

MgCl₂ D Mg²⁺ + 2Cl^–,

H₂O D H⁺ + OH^–.

 

катод (-); Mg²⁺; H⁺; 2H⁺ + 2 = H₂ – восстановление,

анод (+); OH^–; Cl^–; 2Cl^– - 2 = 2Cl⁰ ® Cl – окисление,

в растворе - Mg²⁺ + 2OH^– = Mg(OH)₂.