Электролиз растворов и расплавов
🧪 Химия · 11 класс
Что такое электролиз
Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. В отличие от самопроизвольных реакций, электролиз идёт за счёт энергии источника тока. На отрицательном электроде — катоде — происходит восстановление, на положительном — аноде — окисление.
Под действием электрического поля катионы движутся к катоду и принимают от него электроны, а анионы движутся к аноду и отдают ему электроны. Таким образом электрическая энергия превращается в химическую, а на электродах выделяются новые вещества.
Электролиз расплавов
В расплаве соли присутствуют только её собственные ионы, воды нет, поэтому продукты определяются составом соли. Например, при электролизе расплава хлорида натрия на катоде выделяется металлический натрий, а на аноде — газообразный хлор:
Катод: Na+ + e- -> NaАнод: 2Cl- − 2e- -> Cl2Именно электролизом расплавов в промышленности получают активные металлы — натрий, калий, кальций, а также алюминий из расплавленного оксида.
Электролиз растворов
В водном растворе кроме ионов соли участвуют молекулы воды, поэтому продукты электролиза могут отличаться от продуктов электролиза расплава. На катоде катионы очень активных металлов (от лития до алюминия включительно) не восстанавливаются — вместо них восстанавливается вода с выделением водорода. На аноде кислородсодержащие анионы (например, сульфат- или нитрат-ионы) не окисляются — вместо них окисляется вода с выделением кислорода, тогда как бескислородные анионы (хлорид, бромид) окисляются сами.
| Электрод | Что превращается | Продукт |
|---|---|---|
| Катод (активный металл) | вода | водород |
| Катод (малоактивный металл) | катион металла | металл |
| Анод (бескислородный анион) | анион | галоген |
| Анод (кислородсодержащий анион) | вода | кислород |
Электролиз широко применяют: для получения щелочных и щёлочноземельных металлов, алюминия, хлора, водорода и щелочей, для очистки и рафинирования меди, а также для нанесения защитных и декоративных металлических покрытий — гальваностегии.
Частая ошибка: переносить продукты электролиза расплава на раствор той же соли. В растворе обязательно нужно учитывать конкуренцию ионов соли и молекул воды на обоих электродах.
Законы Фарадея
Количество вещества, выделяющегося на электроде, подчиняется законам, которые установил Майкл Фарадей. Масса вещества прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит, то есть произведению силы тока на время. При равном заряде массы выделяемых веществ относятся как их химические эквиваленты. Эти законы позволяют точно рассчитывать расход тока и количество получаемого продукта в промышленности.
Кратко о главном
- Электролиз — окислительно-восстановительный процесс под действием тока.
- На катоде идёт восстановление, на аноде — окисление.
- В расплавах продукты определяются только ионами соли.
- В растворах нужно учитывать участие воды и активность ионов.
- Электролиз применяют для получения металлов, газов и покрытий.