Електроліз як електрохімічний процес

Головна | Про нас | Зворотній зв'язок

Проходження постійного електричного струму через розчин або розплав електроліту супроводжується спрямованим рухом його іонів. Катіони притягуються до катода і відновлюються. а аніони - до анода і окислюються.

При електролізі енергія електричного струму перетворюється в хімічну, інакше кажучи, здійснюється процес, зворотний за характером, що відбувається в гальванічному елементі. Тому при електролізі анод заряджений позитивно (А +), а катод - негативно (К).

Електролізопределяют як окислювально-відновний процес, що протікає на електродах при проходженні електричного струму через розчин або розплав електроліту.

Характер протікання електродних процесів при електролізі залежить від цілого ряду чинників: складу електролітів, концентрації, матеріалу електрода, режиму електролізу (температура, сила струму).

Залежно від активності матеріалу аноди поділяють на:

1) активні - матеріал анода легко окислюється (наприклад, Fe, Zn, Cu);

2) інертні (пасивні) - матеріал анода, що не окислюється (наприклад, графіт, платина, вугілля); на інертному аноді окислюються аніони електроліту.

Розрізняють два типи електролізу - електроліз розчину електроліту і електроліз розплаву електроліту.

Електроліз розплаву. Як приклад розглянемо електроліз розплаву хлориду калію. Якщо в розплав солі КCI занурити електроди і пропустити постійний електричний струм, то іони будуть направлено рухатися до електродів: катіони К + - до катода, аніони Cl - - до анода. На катоді протікає процес відновлення іонів К +. а на аноді - процес окислення хлорид-іонів CI -.

Електроліз водних розчинів електролітів. Електроліз водних розчинів електролітів ускладнюється участю в електродних процесах молекул води, здатних відновлюватися.

Крім того, на електродах можлива і розрядка продуктів дисоціації води, іонів Н + і ОН -, відносна концентрація яких визначається середовищем.

Критеріями, що визначають переваги того чи іншого електрохімічного процесу, служать величини окисно-відновних потенціалів відповідних рівноважних систем. У загальному випадку:

- на катоді найлегше будуть відновлюватися катиони з найбільшим значенням електродного потенціалу, а

- на аноді найлегше будуть окислюватися аніони або атоми з найменшим значенням електродного потенціалу.

Спрощено цю закономірність для якісного передбачення продуктів електролізу водних розчинів електролітів на інертних електродах представляють наведені нижче правила.

Катодні процеси. На катоді відновлюється продукт залежить від значення електродного потенціалу металу - чим більше алгебраїчна величина електродного потенціалу металу, тим легше його іони відновлюються на катоді. Тому можливо три варіанти (див. Таблицю потенціалів):

1) катіони металів з позитивними значеннями Е про (від Cu 2+ до Au 3+) практично повністю відновлюються на катоді;

2) катіони металів з малою величиною стандартного електродного потенціалу (від Li + до Al 3 =) не відновлюються на катоді, а замість них відновлюються молекули води;

3) катіони металів, що мають негативні електродні потенціали, але більше ніж у Al 3+. при електролізі на катоді відновлюються одночасно з молекулами води.

Анодні процеси. На аноді виходить продукт залежить як від матеріалу анода, так і від природи окислюються іонів - чим менше алгебраїчна величина електродного потенціалу аниона, тим легше він окислюється на аноді.

Кількісні співвідношення при електролізі. Між кількістю виділився при електролізі речовини і кількістю що пройшов через електроліт електрики існує зв'язок, яка знаходить відображення в двох законах Фарадея.

Відповідно до першого закону Фарадея маса речовин, що виділилися на електродах при електролізі, пропорційна кількості електрики, що пройшов через розчин або розплав електроліту.

Згідно з другим законом Фарадея при пропущенні однакової кількості електрики через розчини або розплави різних електролітів маса речовин, що виділяються на електродах, пропорційна їх хімічним еквівалентів.

Обидва закони Фарадея можна виразити загальною формулою

де m - маса речовини, що виділяється на електроді, г; Q (I # 8901; t) - кількість кулонів електрики, що пройшов через розчин; Mе - молярна маса еквівалентів речовини; F - число Фарадея - кількість електрики (96485 Кл), необхідне для виділення на електроді 1 благаючи еквівалентів речовини.

При контакті металів в кислоті на обох виділяється газ. Цинк буде розчинятися, віддаючи свої електрони міді. При цьому іони Zn 2+ переходять в розчин. На поверхні міді іони водню приєднують електрон і перетворюються в атоми, які об'єднуються в молекулу H2.

На аноді йде окислення, на катоді відновлення.