10.3. Электролиз

При пропускании постоянного электрического тока через электролит на электродах протекают химические реакции. Этот процесс называется электролиз, что означает разложение (вещества) с помощью электричества.

В разд. 8.1 было указано, что электролит -это такая жидкость, которая при пропускании через нее электрического тока подвергается химической реакции. Электролитом может быть расплавленная соль, как, например, расплав бромида , либо водный раствор какой-либо кислоты, основания или соли.

Электрический ток подводится к электролиту с помощью электродов - проволочных проводников, металлических стержней или пластин, осуществляющих электрический контакт с электролитом. Отрицательно заряженный электрод - это катод, а положительный электрод -анод. Электроды, которые не вступают в химические реакции, находясь в контакте с электролитами и при пропускании через них электрического тока, называются инертными электродами. К числу инертных электродов относятся графит и платина.

ИОННАЯ ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА

Согласно этой теории, прохождение постоянного электрического тока через электролит осуществляется с помощью ионов. На электродах происходит перенос электронов к ионам либо от них. Поэтому процессы, протекающие на электродах, могут рассматриваться как восстановительные или окислительные полуреакции. Таким образом, электролиз представляет собой окислительно-восстановительный процесс.

На аноде всегда осуществляется окислительная полуреакция. В этой реакции анионы теряют электроны и разряжаются, превращаясь в нейтральные частицы. Поэтому анод выступает в роли места стока электронов с анионов.

На катоде всегда осуществляется восстановительная полуреакция. Здесь катионы приобретают электроны и разряжаются, превращаясь в нейтральные частицы. Поэтому катод выступает в роли источника электронов для катионов.

Пример

Электролиз расплавленного бромида состоит из двух полуреакций:

1) на аноде разряжаются бромид-ионы. (Уравнение этой полуреакции имеет

Эта полуреакция представляет собой окисление.)

2) на катоде разряжаются ионы свинца. (Уравнение этой полуреакции:

Эта полуреакция представляет собой восстановление.)

Рис. 10.6. Электролиз.

Таблица 10.2. Относительная легкость разряда катионов в одном растворе

Таблица 10.3. Относительная легкость разряда анионов в водном растворе

Следует отметить, что реакции, протекающие на аноде и катоде в каждой конкретной системе, предопределяются полярностью источника тока во внешней электрической цепи. Отрицательный полюс внешнего источника тока (батареи) поставляет электроны одному из электродов электролитической ячейки. Это обусловливает отрицательный заряд данного электрода. Он и становится катодом. Поскольку этот электрод заряжен отрицательно, он в свою очередь вызывает такую электродную реакцию, в которой происходит потребление электронов. Таким образом, на этом электроде осуществляется восстановительный процесс. На другом электроде электроны перетекают из электролитической ячейки обратно во внешнюю цепь, что делает этот электрод положительным электродом. Значит, этот электрод играет роль анода. Из-за его положительного заряда на нем протекает реакция, которая сопровождается отдачей электронов, т. е. окисление.

Схематическое изображение всего процесса электролиза представлено на рис. 10.6.

Избирательный разряд ионов

Водный раствор любого электролита содержит анионы и катионы не одного, а двух или нескольких типов. Например, водный раствор хлорида калия содержит анионы двух типов, и ОН, и катионы двух типов,

Последовательность, в которой ионы разных типов разряжаются на электродах, определяется целым рядом факторов, в том числе химической природой электрода, состоянием электролита и электродным потенциалом каждого конкретного иона.

Химическая природа электрода. Электроды могут быть инертными либо активными. Например, электродные, реакции, протекающие при электролизе водного раствора сульфата зависят от того, какие электроды используются при этом - активные, как, например, медь, либо инертные, как графит.

При использовании медных электродов в электролитической ячейке протекают следующие процессы:

На аноде

На катоде

При использовании графитовых электродов протекают реакции:

На аноде

На катоде

Состояние электролита. Полуреакции, протекающие на том или ином электроде, зависят от того, находится ли электролит в расплавленном состоянии или же в виде водного раствора, а в последнем случае зависят еще и от концентрации раствора. Например, при электролизе расплавленного иодида калия протекают следующие электродные реакции:

На аноде

На катоде

Однако при электролизе водного раствора иодида калия протекают такие электродные реакции:

На аноде

На катоде

Электродный потенциал иона. Определение электродных потенциалов вводится в следующем разделе, где проводится их подробное обсуждение. Здесь мы укажем лишь следующее.

Для катионов и ионов металлов) относительная легкость разряда на катоде (табл. 10.2) определяется электрохимическим рядом (рядом напряжений, или рядом электродных потенциалов), который обсуждается позже в данной главе. Поэтому, если раствор содержит одновременно ионы то в нем оказывается предпочтительнее разряд ионов Однако если раствор содержит ионы то предпочтительнее оказывается разряд ионов

Относительная легкость разряда анионов на аноде указана в табл. 10.3. Разряд больших ионов, как, например, сульфат-иона, обычно не происходит из-за предпочтительного разряда гидроксильного иона