Электролиз расплавов и растворов солей

 

Электролизом называют процессы, происходящие на электродах под действием электрического тока, подаваемого от внешнего источника.

При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую.

Ячейка для электролиза, называемая электролизером, состоит из двух электродов и электролита (рис. 6.3). Электрод, на котором идет реакция восстановления (катод), у электролизера подключен к отрицательному полюсу внешнего источника тока. Электрод, на котором протекает реакция окисления (анод), подключен к положительному полюсу источника тока. Рассмотрим электродные реакции на примере электролиза расплава хлорида натрия.

Рис. 6.3. Схема электролиза расплава NaCl

При плавлении происходит термохимическая диссоциация соли:

.

Если погрузить инертные (угольные) электроды и пропускать постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться к электродам: катионы Na⁺ – к катоду, анионы Cl^- – к аноду (рис. 6.3.). В итоге на катоде выделяется металлический натрий, а на аноде – хлор:

                                   2 восстановление

                                     1 окисление

                       

                        

 

Электролиз растворов солей

Пример 1. Электролиз водного раствора .

При электролизе водных растворов солей нужно учитывать: 1) все ионы в водном растворе гидратированы; 2) в водном растворе помимо самого вещества присутствуют молекулы воды и ионы Н⁺ и ОН^-.

Электролит  состоит из следующих частиц, способных участвовать в электродных процессах:  и  а также воды. Концентрация ионов  и  мала, так как обусловлена слабой диссоциацией молекул .

Восстанавливаться на катоде могут только молекулы :

Восстановление катионов  невозможно из-за электроотрицательного потенциала (  В).

Из-за возможных процессов окисления:

 В,

 В.

на аноде будет протекать реакция, которой отвечает меньший потенциал, то есть окисление воды с выделением О₂.

Итак, при электролизе водного раствора  на катоде выделяется Н₂, а на аноде – О₂.

,

.

причем электролит около катода становится щелочным, а около анода – кислым.

 

Суммарный процесс электролиза

.

Подобное изменение среды в электролите у катода и анода может быть использовано для получения щелочей и кислот, если обеспечить неперемешиваемость растворов у обоих электродов.

Аналогично протекает электролиз водных растворов солей, образованных щелочными и щелочно-земельными металлами и кислородсодержащей кислотой ().

 

Пример 2. Электролиз водного раствора

На катоде будут восстанавливаться катионы меди:

;

на аноде будет кислород в результате реакции окисления воды:

.

Суммарное уравнение электролиза:

.

 

Пример 3. Электролиз раствора .

На катоде при электролизе этого раствора выделяется водород

,

.

На аноде выделяется хлор по реакции

Именно таким путем – электролизом насыщенного раствора хлорида натрия – в промышленности получают хлор.

Суммарное уравнение электролиза раствора