ЕЛЕКТРОЛІЗ
ВОДНИХ РОЗЧИНІВ
Крім
катіонів і аніонів, на які дисоціює електроліт, у розчині, на відміну від
розплаву, є ще молекули , які
можуть відновлюватись на катоді і окиснюватись на аноді.
Катодні процеси
(процеси відновлення): на катоді першою відновлюється та електрохімічна
система, потенціал якої більший .
У
нейтральному середовищі потенціал відновлення становить – 0,41 В (рН = 7).
1)
При електролізі водних розчинів солей металів, стандартний потенціал яких
значно менший, ніж – 0,41 В, на катоді відновлюються молекули і виділяється водень, а іони металу не
відновлюються:
K: ,
До
таких металі належать метали від початку ряду напруг приблизно до Титану.
2) при електролізі водних розчинів солей
металів, потенціал яких значно більший – 0,41 В, на катоді відновлюються іони
металу:
K: ,
Такі
метали у електрохімічному ряду знаходяться після Стануму.
3) при електролізі водних розчинів солей
металів, потенціал яких близький до – 0,41 В, (від до
) на
катоді може відновлюватись і
і
:
K: ;
.
Потенціал
відновлення води залежить від рН і
температури, тому змінюючи умови (концентрацію електроліту, температуру,
густину струму, рН розчину) процес
можна вести з переважаючим відновленням або молекул , або
іонів металу.
Анодні процеси
(процеси окиснення): на аноді першою окиснюється та електрохімічна система,
потенціал якої менший.
Потрібно
врахувати, що матеріал анода також може брати участь у процесі окислення, якщо
він виготовлений з достатньо активного металу: з міді, алюмінію, нікелю, цинку,
срібла і ін. Такий анод називається активним (розчинним). Неактивний (нерозчинний, інертний) анод –
платиновий, вугільний, графітовий не окислюється.
1)
При електролізі нейтральних розчинів оксигеновмісних кислот та їх солей, а також
фторидів на інертному аноді окиснюється вода (φ =1,23 В), бо потенціал окиснення оксигеновмісних
аніонів і фторидів високий (більший, ніж
+2,5 В):
А:
.
2)
У розчині лугу:
А:
; φ = 0,4–0,8 В при рН>7,
3)
При електролізі розчинів солей без оксигенових кислот (крім фторидів), на
інертному аноді відбувається окиснення аніона:
A: ;
4)
Якщо анод активний, то можливі три процеси: окиснення ,
аніона та матеріалу анода. Потенціал окиснення аноду завжди менший від
потенціалів окиснення
чи інших
аніонів, тому відбувається окиснення активного аноду:
A:
Приклади
1) Електроліз водного розчину нітрату калію з
вугільними (інертними) електродами:
Дисоціація: ;
Процеси на електродах:
Сумарне
іонне рівняння:
Молекулярне
рівняння:
2)
Електроліз розчину калій гідроксиду:
Дисоціація: ;
Процеси
на електродах:
Сумарне
рівняння:
3)
Електроліз водного розчину сульфату нікелю з активним нікелевим анодом:
Дисоціація:
;
; Aнод –
Процеси
на електродах:
.