Електроліз водних розчинів електролітів.

У водних розчинах електролітів, крім йонів, на які дисоціюють ці сполуки, містяться ще й молекули води. Під час електролізу на катоді окрім катіонів металічного елемента можуть відновлюватися атоми Гідрогену з води. В такому випадку на катоді буде виділятися водень, а в розчині — залишатися гідроксид-аніони:

2О + 2ē = Н2↑ + 2ОН.

На аноді окрім аніонів кислотних залишків може окиснюватись Оксиген води, який буде утворювати молекули кисню, а в розчині залишаться катіони Гідрогену:

2О − 4ē = О2↑ + 4Н+.

Таким чином на електродах виникає «конкуренція». В ній перемагають ті часточки, які легше окиснюються і відновлюються.

Для вибору найбільш ймовірного процесу на аноді і катоді при електролізі водних розчинів електролітів з інертним електродом (матеріал електрода не бере участі в електрохімічній реакції) використовують наступні правила.

Катодний процес залежить від активності металу, тому для визначення продукту, який буде виділятися на катоді користуються рядом стандартних електродних потенціалів. Залежно від положення металу в цьому ряду, можливі такі варіанти.

  1. Катіони металів, розміщених правіше від Гідрогену відновлюються до вільного металу.
  2. Катіони Алюмінію і металічних елементів, що розміщені лівіше від нього, не відновлюються, а відновлюється Гідроген води. На катоді виділяється водень.
  3. Катіони металічних елементів, розміщених між Алюмінієм і Гідрогеном відновлюються паралельно з молекулами Н2О, тобто на катоді в такому випадку виділяються і метал і водень. (Рис 1.)

 

Рисунок23

Анодний процес залежить від природи аніона. На інертних електродах при електролізі будуть відбуватися наступні процеси.

1. Якщо у розчині присутні аніони безоксигенових кислот (за винятком F), то відбувається їх окиснення.

Ann – – nē= An0

2. За наявності в електроліті оксигеновмісних аніонів та йонів F у кислому та нейтральному середовищі окиснюється Оксиген води, а у лужному середовищі – гідроксид-йони.

Електроліз лугів

Розчини лугів містять катіони лужних або лужноземельних елементів і гідроксид-аніони, а також молекули води.

На катоді буде відновлюватись вода, бо її молекули мають значно більшу здатність до відновлення, ніж катіони вказаних металічних елеметів, продуктом відновленя на катоді буде водень.

На аноді буде відбуватись окиснення гідроксид-аніонів:

4ОН− 4ē = О2↑ + 2Н2О.

Отже на аноді буде виділятись кисень. Результат електролізу буде такий самий, як і електролізу води.

Електроліз розчинів кислот

Розчини кислот містять катіони Гідрогену, аніони кислотних залишків, а також молекули води.

На катоді будуть відновлюватись катіони Гідрогену і виділятиметься водень

+ + 2ē = Н2↑.

Продукти окиснення на аноді будуть залежати від природи аніону.

Якщо кислота безоксигенова (крім флуоридної), то на анод її аніони  будуть окиснюватись і до простої речовини.

Наприклад, при електролізі хлоридної кислоти будуть утворюватись водень і хлор:

Рисунок2

Якщо кислотний залишок містить Оксиген (або це — F), то на аноді окиснюється вода. В такому випадку продукти електролізу — водень і кисень.

Електроліз розчинів солей

Процеси окиснення кислотних залишків на аноді в розчинах кислот і солей проходять аналогічно.

Щоб визначити продукт відновлення на катоді треба скористатися рядом активності металів.

Завдання.

Скласти рівняння реакцій в молекулярній і йонно-молекулярній формах, що відбуається при електролізі водного розчину солі.

1. Електроліз солі, утвореної металічним елементом, що вряді активності стоїть справа від Гідрогену, і оксигенвмісним кислотним залишком, наприклад, купрум(ІІ) сульфату.

На аноді буде окиснюватись вода, а на катоді — відновлюватись метал.

Запишемо рівняння напівреакцій і знайдемо коефіцієнти

Складемо ліві і праві частини обох рівняннь з врахуванням коефіцієнтів і отримаємо  йонно-молекулярне рівняння електролізу

2Сu2+ + 2Н2О = 2Cu + О2↑ + 4Н+

Йонно-молекулярне рівняння перетворюємо на молекулярне, додавши в ліву і праву частини сульфат-аніони, які не перетворювались під час електролізу

2Сu2+ + 2SO42−+ 2Н2О = 2Cu + О2↑ + 4Н+ + 2SO42−

2СuSO4+ 2Н2О = 2Cu + О2↑ + 2H2SO4.

2. Електроліз солі, утвореною металічним елементом, що в ряді активності стоїть зліва від  Алюмінію, і безоксигеновим кислотним залишком, наприклад, калій йодиду.

На аноді буде окиснюватись кислотний залишок, а на катоді — відновлюватись вода.

Рисунок1

Йонно-молекулярне рівняння електролізу

2О + 2I= Н2↑ +  I+ 2ОН

Молекулярне рівняння електролізу:

2О + 2KI= Н2↑ +  I+ 2KОН

3. Електроліз соліутвореної металічним елементом, що в ряді активності стоїть справа від Гідрогену, і оксигенвмісним кислотним залишком, наприклад, купрум(ІІ) хлориду.

На аноді буде окиснюватись кислотний залишок, а на катоді — відновлюватись метал.

Рисунок8

4. Електроліз соліутвореної металічним елементом, що в ряді активності стоїть лівіше від Алюмінію, і оксигенвмісним кислотним залишком, наприклад, натрій сульфату.

В цьому випадку  окиснюватись на аноді і відновлюватись на катоді буде вода, а йони солі будуть залишатися у розчині.

електроліз води