Электродный потенциал. Ряд напряжения металлов.

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Теоретические сведения

 

Рис. 11.1. Двойной электрический слой на границе раздела металл–раствор

При погружении металла-проводника с электронной проводимостью в раствор электролита-проводника с ионной проводимостью начинается сложное взаимодействие металла с компонентами раствора. Наиболее важным процессом является взаимодействие поверхностных, частично ионизированных атомов металла, находящихся в узлах решетки, с полярными молекулами воды. В результате взаимодействия происходит выход гидратированных ионов в раствор. Mеталл заряжается отрицательно, а прилегающий слой раствора положительно, возникает двойной электрический слой (рис. 11.1).

Вследствие возникновения на границе металл–раствор двойного электрического слоя, между металлом и раствором возникает разность потенциалов Dj, которая называется электродным потенциалом металла. Со временем отрицательный заряд поверхности металла и положительный заряд раствора увеличивается, и выход гидратированных ионов в раствор уменьшается. Наряду с этим, протекает обратный процесс.

При некотором значении электродного потенциала металла устанавливается равновесие

в упрощенном виде записывается

.

Этому равновесию отвечает потенциал, называемый равновесным электродным потенциалом. Это равновесие подвижно и на него можно воздействовать, изменяя условия. Отвод электронов из металла сместит равновесие вправо, а повышение концентрации ионов металла в растворе смещает равновесие влево.

Абсолютное значение электродного потенциала определить невозможно. Электродные потенциалы любого электрода принято выражать по отношению к нормальному (стандартному) водородному электроду, потенциал которого условно принят равным нулю ( = 0 В).
Водородный электрод является эталоном (электродом сравнения), относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. Он представляет собой газообразный водород, адсорбированный на металле (губчатой платине) под давлением 101 кПа и погруженный в раствор кислоты с активностью ионов водорода  = 1 моль×дм^–3 и Т = 298 К (стандартные условия).
Для измерения потенциала отдельного электрода составляют гальванический элемент.

Устройство, в котором энергия химической реакции непосредственно превращается в электрическую энергию, называется гальваническим элементом (рис. 11.2).

 

 

Рис. 11.2. Медно-цинковый гальванический элемент (элемент Даниэля–Якоби)

 

Для измерения потенциала отдельного электрода составляют гальванический элемент из стандартного водородного электрода (эталона) и электрода, потенциал которого хотят измерить.

Таким образом, потенциалом электрода называется разность потенциалов гальванического элемента, составленного из измеряемого электрода и электрода сравнения.

Если активность ионов металла в растворе равна единице
(  моль×дм^–3) и Т = 298 К, давление 101 кПа, то ЭДС (электродвижущая сила) такого гальванического элемента (измеренная компенсационным методом) и есть стандартный электродный потенциал металла (, В).

Стандартные электродные потенциалы металлов (в вольтах) представлены в ряде стандартных электродных потенциалов, который включает стандартный водородный электрод. Такой ряд получил название ряда стандартных электродных потенциалов металлов или ряда напряжения (см. прил. 5).

Пользуясь рядом напряжения, можно сделать следующие выводы:

· каждый металл способен восстанавливать из растворов солей все ионы металлов, имеющие большее значение электродных потенциалов;

· величина стандартного электродного потенциала металла характеризует одновременно восстановительную способность его атомов и окислительную способность его ионов. Чем меньше алгебраическая величина стандартного электродного потенциала, тем больше восстановительная способность атома данного металла и, наоборот, тем меньше окислительная способность его иона.

· водород из растворов кислот (искл. HNO_{3 (кон)}, HNO_{3 (раз)}, H₂SO_{4 (кон)}) может быть вытеснен только металлами, стандартные электродные потенциалы которых имеют знак минус и отличается от 0,000 В не менее, чем на 200 мВ.

Величина электродного потенциала зависит от природы вещества, от активности его ионов в растворе, от температуры и выражается уравнением Нернста:

 

,                              (11.1)

 

где  – стандартный электродный потенциал, В;  – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль·град);  – абсолютная температура, К;  – число электронов, участвующих в электродном процессе;  – постоянная Фарадея,  96500 Кл/моль;  – натуральный логарифм отношения активностей окисленной и восстановленной формы вещества.

Из обобщенного уравнения получают формулы для расчета потенциалов различных типов электродов.

В электродах первого род а, так называемых металлических электродах, восстановленной формой является металл, а окисленной – ион этого металла. Металлический электрод, представляет собой металл, контактирующий с раствором, содержащим катионы данного металла.
Схема электрода имеет вид: Ме | Ме^{n +}, вертикальная черта, означает границу раздела фаз. Потенциалопределяющими являются катионы металла. Электродная реакция .

Эти электроды являются обратимыми по катиону, т.е. электродный потенциал является функцией активности катиона ():

 

                  ,                   (11.2)

 

где  – стандартный электродный потенциал металла, В;
 – активность ионов металла в растворе, моль×дм^–3.  

В приблизительных расчетах вместо активностей ионов металла можно пользоваться их концентрациями () и, подставляя значения ,
 = 298 К,  и переходя от натурального логарифма к десятичному логарифму, получим

 

                      .             (11.3)

 

Гальванические элементы

 

Примером простейшего гальванического элемента может служить медно-цинковый элемент Даниэля–Якоби. Элемент записывается так:

(–) |  || | (+).

В этом элементе электрическая энергия складывается:

– из окислительного процесса на цинковой пластинке ;

– восстановительного процесса на медной .

Суммарная химическая реакция, протекающая в гальваническом элементе, при помощи которой можно получить электрическую энергию, называется токообразующей реакцией (ТОР): .

Общую схему гальванического элемента можно записать:

(–) Электрод | электролит  1 || электролит  2 | Электрод (+).

Электрод, на котором протекает процесс окисления материала электрода, имеет знак (–), и его электродный потенциал имеет меньшее значение. Электрод, на котором протекает процесс восстановления ионов из среды, имеет знак (+). Вертикальная черта означает границу раздела фаз, двойная вертикальная черта – диафрагма, пористая перегородка или электролитический ключ.

Окислительно-восстановительная реакция, которая лежит в основе работы гальванического элемента, протекает в направлении, в котором разность равновесных потенциалов положительного и отрицательного электродов элемента имеет положительное значение, а энергия Гиббса < 0.

Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента называется электродвижущей силой элемента .

Связь между химической и электрической энергиями осуществляется уравнением

 

        .                                      (11.4)

 

Таким образом, при известных значениях энергии Гиббса  можно рассчитать , и наоборот.

Примеры решения задач

 

Пример 1. Рассмотрите возможность протекания реакции окисления магния в растворе хлорида хрома с молярной концентрацией ионов хрома  1 моль×дм^–3.

Решение. Реакция протекает, если разность потенциалов .

Находим стандартные электродные потенциалы в прил. 5:  =
= –2,36 В,  = –0,74 В. В реакции магний является восстановителем, так как  < , , хром окислителем и , определяем разность потенциалов:  В, разница больше нуля, значит, реакция возможна: .

Пример 2. Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами является магниевая и цинковая пластинки, опущенные в растворы их ионов с концентрацией 1 моль×дм^–3. Какой металл является отрицательным электродам, какой положительным электродом? Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, вычислите максимальную разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента.

Решение. Магний имеет меньший потенциал (  = –2,37 В) и является отрицательным электродом, цинк потенциал которого ( 0,76 В) является положительным электродом. Схема данного гальванического элемента

.

Процессы, протекающие на электродах: отрицательный , положительный .

Уравнение окислительно-восстановительной реакции, которое лежит в основе работы данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения электродных процессов: .

Для определения  гальванического элемента из потенциала положительного электрода следует вычесть потенциал отрицательного электрода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 моль×дм^–3, то  есть разность стандартных потенциалов двух электродов:

Пример 3. Составьте схемы гальванических элементов, в одном из которых медь является положительным электродом, а в другом – отрицательным. Напишите для каждого элемента уравнения реакций.

Решение. Отрицательным электродом является всегда более активный металл, положительным электродом менее активный. Из электрохимического ряда напряжения металлов выбираем соответствующие металлы:  В,  В,  В. В качестве ионного проводника выберем растворы солей и раствор соляной кислоты.

Схема первого гальванического элемента, где медь – положительный электрод: .

Процессы, протекающие на электродах:

на (–): ;

на (+): .

Уравнение ТОР, которая лежит в основе работы данного гальванического элемента: .

Схема второго гальванического элемента, где медь – отрицательный электрод: .

Процессы, протекающие на электродах:     

на (–): ;

на (+): .

Уравнение ТОР, которая лежит в основе работы данного гальванического элемента: .

 

Пример 4. Составьте схемы гальванических элементов, в основе которых лежит реакция, протекающая по уравнению . Напишите уравнения окислительного и восстановительного процессов. Вычислите энергию Гиббса, если концентрация ионов никеля в растворе 0,01 моль×дм^–3, а свинца 0,0001 моль×дм^–3?

Решение. Из уравнения реакции  определяем, что никель окисляется: , а свинец восстанавливается:     , следовательно, никель будет отрицательным электродом, свинец – положительным. если сравнить стандартные электродные потенциалы металлов (см. прил. 5), то , следовательно, никель по отношению к свинцу будет более активным металлом. В гальваническом элементе активный металл всегда окисляется и является отрицательным электродом, на положительном электроде идет восстановление ионов из среды. В данном случае средой является раствор соли нитрата свинца, поэтому ионы свинца восстанавливаются на положительном электроде. В качестве электрода можно выбрать металл, потенциал которого меньше, чем у никеля, но чаще выбирают тот металл, ионы которого восстанавливаются.

Схема данного гальванического элемента: .

Для нахождения энергии Гиббса воспользуемся формулой (11.4).

Для определения  найдем значения электродных потенциалов по формуле (11.3)

 В;

 В;

 В;

кДж/моль.

 

11.3. Индивидуальные задания

 

291. а. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит токообразующая реакция, протекающая по уравнению . Напишите уравнения электродных процессов.

б. Каковы особенности строения границы раздела двух фаз при наличии в системе ионов и других заряженных частиц?

292. а. Составьте схемы гальванических элементов, в одном из которых цинк является положительным электродом, а в другом – отрицательным. Напишите для каждого элемента уравнения токообразующей реакции.

б. Каковы причины обусловливающие возникновение скачка потенциала на границе фаз?

293. а. Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами являются железная и кобальтовая пластинки, опущенные в растворы их ионов с концентрацией ионов:  = 0,1 ,
 0,01 . Какой металл является положительным электродом, какой – отрицательным? Напишите уравнение токообразующей реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, вычислите его максимальную разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента и энергию Гиббса.

б. Что такое гальванический элемент?

294. а. Рассмотрите возможность (невозможность) протекания реакций окисления металлов в растворах солей с концентрацией 1 . Какая реакция будет протекать наиболее интенсивно? Ответ поясните расчетом.
Напишите электронные уравнения.

б. Что называется электродвижущей силой элемента? Может ли ЭДС быть величиной отрицательной?

295. а. Определите, какой из перечисленных металлов – Ag, Zn, Fe,  – способен взаимодействовать с раствором соляной кислоты.
В каком случае реакция будет протекать более интенсивно? Ответ поясните расчетом. Запишите все возможные реакции.

б. Что такое стандартный водородный электрод?

296. а. Как изменится масса цинковой пластинки, если находится в растворах хлорида меди, нитрата свинца, сульфата натрия? Ответ пояснить. Составьте электронные молекулярные уравнения соответствующих реакций.

б. Что означает термин «электродный потенциал»?

297. а. Как должна быть составлена гальваническая цепь для осуществления ? Напишите уравнения электродных процессов.

б Что означает термин «стандартный электродный потенциал»?

298. а. Вычислите электродный потенциал медной пластинки, погруженной в 0,1 М раствор своей соли.

б. Как схематично изображается гальванический элемент?

299. а. Вычислите потенциал серебряного электрода, опущенного в раствор соли серебра с концентрацией 0,001 . При какой концентрации ионов серебра потенциал электрода будет равен нулю?

б. Какие процессы протекают в гальванических элементах? В чем состоит их особенность?

300. а. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых кадмий является анодом, а в другом – катодом. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС (условия стандартные) каждого элемента.

б. В чем отличие электродов I рода от электродов II рода?

301. а. Составьте гальванический элемент, напишите уравнения электродных процессов и вычислите стандартную ЭДС, токообразующая реакция которого выражается уравнением: .

б. Как изменяется потенциал электрода, обратимого относительно катиона, с ростом концентрации?

302. а. Как изменится масса цинковой пластины (уменьшится, увеличится, останется без изменений), погруженной в водный раствор соли серебра? Ответ обоснуйте.

б. Где практически применяют гальванические элементы?

303. а. Гальванический элемент составлен по схеме: . Вычислите стандартную ЭДС этого элемента.
Опишите и обозначьте процессы на электродах.

б. Как классифицируют электроды?

304. а. Какие из указанных металлов растворяются в разбавленной соляной кислоте: Pt, Zn, Cu, Ni, Sn? Напишите уравнения реакций и составьте электронные уравнения. В каком случае реакция будет протекать более интенсивно? Ответ поясните расчетом.

б. Как можно увеличить ЭДС гальванического элемента?

305. а. Вычислите потенциал магниевого электрода погруженного в раствор хлорида магния с молярной концентрацией эквивалента
0,001 .

б. Что такое концентрационный гальванический элемент, какие процессы протекают на электродах?

306. а. В каком из указанных гальванических элементов железный электрод является катодом: Fe½НCl½Cu; ? Какие процессы протекают в элементе? Напишите уравнения электродных процессов.

б. Что такое аккумуляторы? Какие электролиты используются в аккумуляторах?

307. а. Если пластинку цинка опустить в разбавленную соляную кислоту, то начинающееся выделение водорода вскоре почти прекратиться. При прикосновении к цинку медной пластинкой на последней начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение. Напишите соответствующие уравнения.

б. От чего зависит величина электродного потенциала металла?

308. а. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов элемента, состоящего из серебряной и магниевой пластин, опущенных в раствор, содержащий ионы этих металлов с молярной концентрацией 1 . Рассчитайте ЭДС. изменится ли ЭДС, если концентрацию ионов уменьшить в 10 раз? Ответ поясните расчетом.

б. Как можно определить электродный потенциал металла?

309. а. В каком из указанных гальванических элементов – Fe½HCl½Cu;  – железный электрод является анодом? Какой процесс протекает на этом электроде? Чему равна ЭДС данного элемента. Как можно увеличить ЭДС?

б. Что такое первичные источники тока? Приведите пример.

310. а. В раствор соляной кислоты поместили две цинковые пластинки, одна из которых частично покрыта никелем. В каком случае процесс коррозии происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив уравнения соответствующих процессов.

б. Щелочные аккумуляторы, его устройство, процессы, протекающие при работе.

311. а. Вычислите электродные потенциалы цинковой пластинки, погруженной в 0,1 М, 0,001 М растворы своей соли. Составьте гальванический элемент, указав катод и анод. Рассчитайте ЭДС элемента.

б. Кислотный аккумулятор, его устройство и процессы, протекающие при работе.

312. а. Вычислите потенциал кадмиевого электрода, если кадмиевая пластинка погружена в 100 см³ раствора, в котором содержится сульфат кадмия массой 0,208 г.

б. Элемент Вольта, его устройство и принцип действия.

313. а. Вычислите ЭДС и определите DG гальванического элемента , напишите уравнения анодного и катодного процессов.

б. В каких случаях будут протекать окислительно-восстановительные реакции ? Какая реакция протекает наиболее интенсивно? Ответ подтвердить расчетом.

314. а. Вычислите концентрацию ионов  в растворе хлорида железа при 298 К, если потенциал электрода в указанном растворе = –0,477 B.

б. Устройство и назначение водородного электрода.

315. а. Вычислите  элемента Fe/HCl/Cu. Укажите, какой из электродов является отрицательным. Напишите уравнения реакций, протекающих на аноде и катоде и покажите движение электроном по цепи.

б. Вычислите потенциал алюминиевого электрода, погруженного в раствор объемом 120 , содержащий 0,1 г хлорида алюминия.

316. а. Как должна быть составлена гальваническая цепь для осуществления реакции ? Напишите электронные уравнения, найдите ЭДС данного элемента.

б. Рассчитайте электродные потенциалы цинка в растворе хлорида цинка при концентрациях : а) 0,1; б) 0,01; в) 0,001.

317. а. Из каких электродов следует составить гальванический элемент для получения максимальной эдс: а)  и ;
б)  и ; в)  и ?

б. Топливный элемент назначение, устройство.

318. а. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите эдс гальванического элемента, электроды которого выполнены из никеливой и кадмиевой пластин, в растворе собственных солей с концентрацией ионов  = 0,80 , а = 0,01 .

б. Укажите, где применяются солевые батареи, какие химические процессы протекают на электродах. Приведите схему и запишите реакции.

319. а. При каком условии будет работать гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите эдс гальванического элемента, в котором цинковые электроды опущены в 0,002 н и 0,01н растворы сульфата цинка.

б. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке железоникелевого аккумулятора?

320. а. Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

б. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора? Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.

 

 

ЭЛЕКТРОЛИЗ

Теоретические сведения

 

Электролизом называется процесс разложения расплавов или растворов электролитов под действием постоянного электрического тока.

Электролизер (электролитическая ячейка для электролиза) содержит раствор или расплав электролита, в который погружены два электрода.

Окислительно-восстановительные реакции в электролизере, связанные с отдачей или присоединением электронов, происходят на электродах. Электрод, на котором протекает процесс восстановления (катод) в электролизере подключен к отрицательному полюсу, а электрод, на котором протекает процесс окисления (анод), подключен к положительному полюсу внешнего источника тока. Электроны с анода уходят во внешнюю цепь.

В зависимости от природы анода источником этих электронов является или сам анод, который в этом случае является растворимым, или анионы из раствора или расплава; в этом случае анод называется нерастворимым.

Прохождение электрического тока через ячейку вызывает изменение потенциалов электродов. Отклонение потенциала электрода от его равновесного значения при прохождении тока через этот электрод называется поляризацией.

Величину поляризации  определяют по разности между потенциалом при прохождении тока  и равновесным потенциалом .

Поляризация может наблюдаться как на катоде, так и на аноде, поэтому различают катодную  и анодную  поляризацию. Вследствие катодной поляризации потенциал катода становится более отрицательным, а из-за анодной поляризации потенциал анода – более положительным.

Электродные процессы при электролизе зависят от природы электролита, от того, находится ли электролит в виде расплава или используется его раствор, и от материала электродов.

 

Применение электролиза

 

Электролиз широко используется в различных областях народного хозяйства. В энергетике водород, полученный электролизом, используют для охлаждения генераторов на тепловых и атомных электростанциях. Также электролизом получают кислород, хлор и другие газы.

Электролизом растворов солей получают медь, цинк, кадмий, никель, кобальт, марганец и другие металлы. В этих процессах используют нерастворимые аноды. Электролизом расплавов соединений получают алюминий, магний, натрий, литий, бериллий и кальций, а также сплавы некоторых металлов.

Электролиз используют для рафинирования (очистки) таких металлов, как медь, золото, серебро, свинец, олово и др., от примесей.
Например, выплавленная из руд медь всегда содержит железо, часто никель и цинк, а иногда серебро и золото. При рафинировании анодом служит чушки такой меди. Катодом лист чистой меди, электролитом подкисленный раствор медного купороса. При замыкании цепи, под действием тока анод растворяется (окисляется) и в первую очередь растворяются менее благородные металлы (железо, цинк, никель).
На катоде они не восстанавливаются, так как в растворе есть ионы меди, которым легче восстановиться.

Когда поверхностный слой анода очистился от железа, начинает растворяться медь и переносится на катод, более же благородные серебро и золото не переносятся вовсе, пока имеется медь, и падают с анода на дно ванны в виде тонкого ила, откуда по окончании процесса и извлекаются. В некоторых рудах имеется настолько значительное содержание серебра и золота, что их извлечение из ила покрывает все расходы по рафинированию меди. Серебро, золото, платина также очищаются рафинированием.

Электролиз используется для нанесения металлических покрытий на металлы и пластмассы, для защиты от коррозии и придания поверхности декоративного вида. При этом катодом служит обрабатываемое изделие, анодом – или металл покрытия, или нерастворимый электрод.

Электрохимическое полирование – анодная обработка металла для создания ровной поверхности. Изделие, имеющее микронеровности на поверхности, является анодом электролизера, катодом служит металл не растворимый в растворе электролита.

Метод электролиза находит широкое применение в ремонтно-восста­новительных работах различных отраслей промышленности.

   

Электролиз расплава

При высоких температурах кристаллическая решетка соли разрушается и образуется расплав, в котором ионы могут свободно перемещаться. Рассмотрим электролиз расплава хлористого натрия. Если в расплавленную соль погрузить два графитовых электрода и подключить к полюсам источник тока, то катионы  будут перемещаться к катоду, а анионы  – к аноду. 

На катоде катионы  присоединяют к себе электроны (восстанавливаются), образуя металлический натрий: .

Анод выступает по отношению к анионам хлора как окислитель – отбирает у них электроны: .

Уравнение электролиза: .

 

Электролиз раствора

Электролиз раствора отличается от электролиза расплава тем, что в растворе, помимо ионов соли, есть молекулы, которые могут принимать участие в процессе.

При электролизе растворов руководствуются следующими правилами.

Процессы на катоде зависят от активности катионов металла. Так как идет реакция восстановления, то восстанавливаются наиболее сильные окислители (катионы с наиболее положительным потенциалом).

1. В первую очередь, восстанавливаются катионы неактивных металлов, которые в электрохимическом ряду напряжений стоят правее водорода, к ним относятся ионы  – платиновых металлов.

2. Вместо катионов активных металлов, которые стоят левее водорода (от  до  включительно), будут восстанавливаться молекулы воды , а в кислой среде – ионы водорода .

3. Катионы металлов средней активности, которые расположенны между алюминием и водородом, будут восстанавливаться одновременно с молекулами воды.

Процессы на аноде

В этом случае надо учитывать, из какого материала сделаны электроды. Нерастворимые (инертные) электроды (графит, платина) не участвуют в анодном процессе из-за высокого значения электродного потенциала, в то время как растворимые (активные) электроды участвуют в этом процессе.

Нерастворимые (инертные) электроды. На аноде идет реакция окисления, поэтому в первую очередь должны реагировать сильные восстановители.

1. В первую очередь окисляются простые анионы .

2. Вместо кислородосодержащих кислотных анионов  на аноде окисляются молекулы воды: .

3. В щелочных растворах на аноде окисляются ионы : .

Растворимые (а ктивные электроды)

При использовании растворимых анодов (чаще всего это сплавы серебра, меди, цинка, железа и т.д. с примесями), при окислении атомы металлов отдают электроны: , образующиеся при этом катионы металлов  переходят в раствор.

Пример. Рассмотрим электролиз раствора хлористого натрия на инертном электроде. В растворе хлористого натрия, кроме ионов  и , имеются молекулы воды, которые могут участвовать в электродном процессе.

На катоде молекулы воды могут присоединять электроны: .

На аноде молекулы воды могут отдавать электроны: .

Итак, при электролизе раствора  могут протекать следующие процессы: на катоде – , , . Поскольку раствор  имеет  = 7, т.е. [ ] = 10^–7, то электродный потенциал для процесса восстановления ионов водорода будет отличаться от равновесного: В.

В первую очередь, осуществляется тот процесс, который требует минимальной затраты энергии.

Вода является более сильным окислителем и восстанавливается в первую очередь, на катоде при электролизе раствора  протекает следующий процесс –  (с наиболее положительным потенциалом).