Электролиз растворов и расплавов
🧪 Химия · 9 класс
Что такое электролиз
Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, который протекает при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. С помощью электролиза вещества разлагают на составные части и получают чистые металлы, газы и многие важные продукты.
Процессы на электродах
В раствор или расплав опускают два электрода, подключённых к источнику тока. Катод — отрицательный электрод, к нему движутся положительные ионы (катионы) и на нём идёт восстановление. Анод — положительный электрод, к нему движутся отрицательные ионы (анионы) и на нём идёт окисление.
| Электрод | Заряд | Процесс | Какие ионы притягивает |
|---|---|---|---|
| Катод | отрицательный | восстановление | катионы (+) |
| Анод | положительный | окисление | анионы (−) |
Электролиз расплавов
В расплаве есть только ионы самой соли. Рассмотрим электролиз расплава хлорида натрия NaCl. На катоде восстанавливаются ионы натрия, на аноде окисляются хлорид-ионы:
катод: Na+ + e = Na
анод: 2Cl− − 2e = Cl_2
Итоговое уравнение: 2NaCl = 2Na + Cl_2. Так в промышленности получают активные металлы — натрий, калий, алюминий, которые иначе выделить трудно.
Электролиз растворов
В водном растворе кроме ионов соли есть молекулы воды, которые тоже могут участвовать в процессе. Поэтому результат электролиза раствора часто отличается от электролиза расплава. Например, при электролизе раствора NaCl на катоде вместо натрия выделяется водород из воды, а на аноде — хлор. В растворе остаётся щёлочь:
2NaCl + 2H_2O = H_2 + Cl_2 + 2NaOH
Частая ошибка: думают, что электролиз раствора и расплава соли даёт одинаковые продукты. На самом деле в растворе активные металлы (натрий, калий, кальций) на катоде не выделяются — вместо них восстанавливается водород из воды.
Правила для катода в растворах
Чтобы предсказать, что выделится на катоде при электролизе раствора, пользуются простым правилом, связанным с активностью металла. Если в соли металл стоит в ряду активности правее водорода (медь, серебро), на катоде выделяется сам металл. Если металл очень активный (натрий, калий, кальций, магний, алюминий), вместо него выделяется водород из воды. Для металлов средней активности возможно одновременное выделение и металла, и водорода.
| Активность металла в соли | Что выделяется на катоде |
|---|---|
| Очень активный (натрий, калий) | водород из воды |
| Средней активности | металл и водород |
| Малоактивный (медь, серебро) | сам металл |
Применение электролиза
Электролиз используют для получения алюминия, очистки меди, нанесения защитных и декоративных покрытий (например, никелирования и хромирования), получения хлора, водорода и щелочей. Покрытие одного металла слоем другого с помощью электролиза называют гальваностегией — так создают красивые и устойчивые к коррозии изделия. На электролизе основано и рафинирование (очистка) меди до высокой чистоты, необходимой для электротехники.
Кратко о главном
- Электролиз — разложение электролита постоянным током.
- На катоде идёт восстановление, на аноде — окисление.
- В расплаве участвуют только ионы соли; так получают активные металлы.
- В растворе участвует и вода, поэтому продукты могут отличаться.
- Электролиз применяют для получения металлов, газов и покрытий.