Последовательность восстановления частиц на катоде и окисления на аноде

Руководствуясь таблицей стандартных электродных потенциалов металлов, можно указать следующие случаи при электролизе водных растворов электролитов:

1) На катоде легче всего разряжаются катионы того металла, которому отвечает наиболее положительный потенциал. Так, например, из смеси катионов Cu²⁺, Ag⁺ и Zn²⁺ при достаточном напряжении на клеммах электролизера вначале восстанавливаются ионы серебра (φ⁰=+0.79 В), затем меди (φ⁰=+0.337 В) и, наконец, цинка (φ⁰= –0.76 В).

2) Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом, большим, чем у водорода, расположены в ряду напряжений после него: Cu²⁺, Hg₂²⁺, Ag⁺, Pt²⁺, ..., до Pt⁴⁺. При электролизе они почти полностью восстанавливаются на катоде и выделяются в виде металла

Meⁿ⁺ + nē → Me^o

3) Катионы металлов с малой величиной стандартного электродного потенциала (металлы начала ряда напряжений Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, ... до Al³⁺, включительно). При электролизе на катоде они не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды

2H₂O + 2ē → H₂ + 2OH^-

4) Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом меньшим, чем у водорода, но большим, чем у алюминия (Mn²⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, Fe²⁺, ..., до H₂). При электролизе эти катионы, характеризующиеся средними величинами электроноакцепторной способности, на катоде восстанавливаются одновременно с молекулами воды

Meⁿ⁺ + nē → Me^o

2H₂O + 2ē → H₂ + 2OH^-

Процессы, протекающие на аноде, зависят как от электролита, так и от материала (вещества), из которого сделан анод. Нерастворимые аноды не претерпевают окисления в ходе электролиза. В определенных условиях роль нерастворимых анодов могут выполнять Fe, Ni, Pb, Sn и др. Растворимые аноды в процессе электролиза могут окисляться (разрушаться) и переходить в раствор в виде ионов. Они изготовляются из меди, серебра, цинка, кадмия, никеля и других металлов. Растворимые аноды используют при нанесении металлических покрытий на изделие (катод).

На нерастворимом аноде в процессе электролиза происходит окисление анионов или молекул воды.

1) На аноде легче всего окисляются те ионы, у которых стандартный электродный потенциал меньше.

2) При электролизе водных растворов бескислородных кислот и их солей (кроме HF и фторидов) у анода будут окисляться (разряжаться) анионы. Так, например, при электролизе растворов кислот и их солей (HI, HBr, HCl, H₂S или гидроксидов) на аноде будет окисляться соответствующий ион передавать свои электроны во внешнюю цепь электролизера

2I^– – 2ē → I₂⁰

S^2- - 2ē → S^o

4OH^– – 4ē → 2H₂O + O₂

3) При электролизе кислородсодержащих кислот и их солей (SO₄^2–, NO₃^–, PO₄^3– и т.п.) с максимальной степенью окисления неметалла, на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды с выделением кислорода, так как потенциал окисления воды значительно меньше, чем для таких анионов

2H₂O – 4ē → O₂ + 4H⁺

На растворимом анодев процессе электролиза происходит окисление материала, из которого изготовлен анод.