Анод + Катод = Электролиз

химии МОУ лицея №6
Дробот С.С.

процесса электролиза и выяснить области его применение.

расщепление кристаллической решетки на ионы. При этом образуются катионы натрия

и анионы хлора:
NaCI -> Na+ + CI-

Опустим в расплав электроды постоянного электрического тока.
Направляясь к катоду, катион натрия получает с него один электрон, т.е. происходит восстановление:
Na+ + ē -> Na0
Катод, на котором имеется постоянный избыток электронов, является восстановителем.
К аноду направляется анион хлора. Поскольку на аноде постоянный недостаток электронов, ион хлора отдает электрон, превращаясь в нейтральный атом, т.е. окисляется:
Cl- - ē -> Cl0
Анод, на котором постоянный недостаток электронов, является окислителем.
2NaCl -> 2 Na + Cl2

ЭЛЕКТРОЛИЗ – окислительно-восстановительный процесс, протекающий под действием электрического тока.

прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита.
На катоде(-) -восстановление
На

аноде(+) -окисление

Li+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+, Zn2+, Cr3+, Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Hg2+, Ag+, Pt4+, Au3+.

Для солей неактивных металлов и бескислородных кислот(CuCl2) электролиз раствора и расплава соли одинаков.

Увеличение окислительной активности ионов

F-, NO3-, SO42-, OH-, Cl-, Br-, I-, S2-

Увеличение восстановительной активности ионов

особенностей, так как в нем принимает участие вода.

В растворе, помимо диссоциации соли, происходит весьма слабая диссоциация воды.
NaCI -> Na+ + CI-
H2O -> H+ + OH-
Таким образом, в растворе образуется два вида катионов (Na+ и H+) и два вида анионов (CI- и OH-).
В ряду напряжений металлов натрий стоит намного левее водорода. Следовательно, восстановительные свойства атома натрия сильнее, чем атома водорода. Зато окислительные свойства иона Na+ выражены слабее, чем иона H+ , следовательно, на катоде будет восстанавливаться не металлический натрий, а водород:
2H2O + 2ē -> H2 + 2OH-
Ионы натрия будут находиться в растворе до тех пор, пока полностью не разрядятся ионы водорода.
К аноду направятся анионы CI- и OH-, восстановительные свойства которых также неодинаковы (см. ряд анионов, расположенных в порядке увеличения способности к окислению). Анионы CI- окисляются легче, чем OH-, поэтому на аноде будет происходить процесс:
CI- - ē → CI0

анионы CI- и OH-, восстановительные свойства которых также неодинаковы (см.

ряд анионов, расположенных в порядке увеличения способности к окислению). Анионы CI- окисляются легче, чем OH-, поэтому на аноде будет происходить процесс:
CI- - ē CI0, 2CI0 CI2
В большинстве случаев анионы, состоящие из атомов одного элемента, такие, как CI-, Br-, I-, S2-, окисляются на аноде быстрее, чем гидроксид-ион.
При электролизе раствора поваренной соли на электродах получаются водород и хлор, а в растворе остаются ионы Na+ и OH-. Эти ионы представляют собой в диссоциированном виде едкий натр NaOH.Таким способом в промышленности получают едкие щелочи.
2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH

электропроводности очень слабого электролита - воды):
В зависимости от инертного электролита

электролиз проводится в нейтральной, кислотной или щелочной среде. При выборе инертного электролита необходимо учесть, что никогда не восстанавливаются на катоде в водном растворе катионы металлов, являющихся типичными восстановителями (например Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+) и никогда не окисляется на аноде кислород O−II анионов оксокислот с элементом в высшей степени окисления (например ClO4−, SO42−, NO3−, PO43−, CO32−, SiO44−, MnO4−), вместо них окисляется вода

Примеры электролиза растворов солей:
на аноде окисляются анионы Сl,

а не кислород O молекул воды, так как электроотрицательность хлора меньше, чем кислорода, и следовательно, хлор отдает электроны легче, чем кислород

на катоде восстанавливаются катионы Cu, а не водород H молекул воды, так как медь стоит правее водорода в ряду напряжений, то есть легче принимает электроны, чем H в воде

и аноде) выделяются соответствующие продукты восстановления и окисления, которые в

зависимости от условий могут вступать в реакции с растворителем, материалом электрода и т.п., так называемые вторичные процессы

Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод, а к положительному полюсу - анод, после чего погружают их в электролизер с раствором или расплавом электролита

электродным потенциалом, больше, чем у водорода, расположены в ряду стандартных

электродных потенциалов после него: Cu2+;Zn2+;Cr3+;Fe2+;…; до Pt4+. При электролизе они почти полностью восстанавливаются на катоде и выделяются в виде металла.
Катионы металлов с малой величиной стандартного электродного потенциала (металлы начала ряда Li+;Na+;K+;Rb+;…; до Al3+ включительно). При электролизе на катоде они не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды.
Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом меньшим, чем у водорода, но большим, чем у алюминия (Mn2+;Zn2+;Cr3+;Fe2+;…; до H). При электролизе эти катионы, характеризующиеся средними значениями электроноакцепторной способности, на катоде восстанавливаются одновременно с молекулами воды.
При электролизе кислородосодержащих кислот и их солей (SO4 2- ; NO3-;PO43- и т.п.) с максимальной степенью окисления неметалла на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды с выделением кислорода.

Сущность электролиза

Раствор

NaCl
Катод(-) <- Na+ + Cl- -> Анод(+)
H20

Расплав
NaCl
Катод(-) <- Na+ + Cl- -> Анод(+)

Na+ + e => Na0

2Cl- => Cl20 + 2e

Восстановление Окисление

H20 + 2e => H2++

2Na+
2OH-

2Cl- => Cl20 + 2e

Восстановление Окисление

Основные положения электродных процессов

1. На катоде:

Li, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+

Zn2+, Cr3+, Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+

Cu2+, Ag+, Hg2+, Pt2+, Au3+

H+

Не восстанавливаются, выделяется H2

Возможно выделение Me и H2

Восстанавливаются, выделяется Me

2. Анодные процессы

а) Растворимый анод (Cu, Ag, Ni, Cd) подвергается окислению Me =>Men+ +ne

б) На нерастворимом аноде (графит, платина) обычно окисляются анионы S2-, J-, Br-, Cl-, OH- и молекулы H20:

2J- =>J20 + 2e; 4OH- =>O2 +2H2O +4e; 2H2O =>O2 +4H+ +4e

получения целевых продуктов
заключаются в возможности сравнительно просто (регулируя ток)

управлять скоростью и селективной направленностью реакций. Условия электролиза легко контролировать, благодаря чему можно осуществлять процессы как в самых "мягких", так и в наиболее "жёстких" условиях окисления или восстановления, получать сильнейшие окислители и восстановители, используемые в науке и технике.

Электролиз - основной метод промышленного производства алюминия, хлора и едкого натра, важнейший способ получения фтора, щелочных и щелочноземельных металлов, эффективный метод рафинирования металлов.

Применение электролиза

Путём электролиза воды производят водород и кислород. Электрохимический метод используется для синтеза органических соединений различных классов и многих окислителей (персульфатов, перманганатов, перхлоратов, перфторорганических соединений и др.).

Применение электролиза для обработки поверхностей включает как катодные процессы гальванотехники (в машиностроении, приборостроении, авиационной, электротехнической, электронной промышленности), так и анодные процессы полировки, травления, размерной анодно-механической обработки, оксидирования (анодирования) металлических изделий (см. также Электрофизические и электрохимические методы обработки).

Путём электролиза в контролируемых условиях осуществляют защиту от коррозии металлических сооружений и конструкций (анодная и катодная защита).

аналитической химии, биохимии и т.д.
В химической

промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически чистые водород и кислород и т.д. При этом одни вещества получают восстановлением на катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокислением на аноде (хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.)

Гальванотехника - область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику.

Гальваностегия- электроосаждение на поверхность металла другого металла, который прочно связывается(сцепляется) с покрываемым металлом(предметом), служащим катодом электролизера.

Гальванопластика- получение путем электролиза точных, легко отделяемых металлических копий относительно значительной толщины с различных как неметаллических, так и металлических предметов, называемых матрицами. Гальванопластику используют для нанесения сравнительно толстых металлических покрытий на другие металлы (например, образование «накладного слоя никеля, серебра, золота и т.д.).

– электрод, на котором происходит процесс восстановления.

Анод – электрод, на котором происходит процесс окисления.
Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, обусловленный подводом электрической энергии извне.

1998
А.Ф. Аспицкая. К изучению электролиза в курсе химии, Химия в

школе, «Педагогика»,1991
Г.М. Чернобельская, И.Н. Чертков Химия, «Учебная литература для медицинских училищ». М.: Медицина, 1986г.
http://scientificpage.net/elektroliz/
http://www.chemport.ru/electrolysis.shtml
http://scientificpage.net/elektroliz/index2.html

Источники информации: