Электролиз как окислительно-восстановительный процесс. Электролиз расплавов и растворов на примере хлорида натрия. Практическое применение электролиза.

Электролиз – это окислительно - восстановительная реакция, протекающая на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита (реакция, протекающая под действием электрического тока).

При растворении электролитов в воде происходит электролитическая диссоциация , т. е. их распад на ионы. Ионы являются носителями зарядов в водных растворах электролитов, а также в в расплавах электролитов. Анионы заряжены отрицательно (-), катионы – положительно (+).

Если сосуд с раствором электролита включить в электрическую цепь, то анионы (-) начнут двигаться к аноду – положительно заряженному электроду, а катионы (+) – к катоду – отрицательно заряженному электроду.

В результате установится электрический ток – направленное движение заряженных частиц. Такую проводимость называют ионной.

На электродах происходит выделение веществ, входящих в состав электролитов.

При этом отрицательный электрод – катод выступает в качестве восстановителя, он отдает электроны. Положительный электрод – анод, представляет собой окислитель, он забирает электроны.

Электролиз расплава хлорида натрия ( электроды из графита!)

Если в расплав хлорида натрия поместить электроды и пропустить электрический ток, то на катоде выделится натрий, а аноде – хлор.

Na Cl = Na ⁺ + Cl ^-

Катод (-): Na ⁺ + e = Na Анод (+): 2Cl ^- - 2 e = Cl₂.

Суммарное уравнение электролиза: 2NaCl = 2Na + Cl₂.

При электролизе водных растворов, кроме ионов электролита, в реакции могут участвовать еще ионы водорода или гидроксид- ионы, которые образуются в результате диссоциации воды. Образующиеся ионы движутся к соответствующим электродам. К катоду подходят катионы электролита и ионы водорода Н⁺, а к аноду – анионыэлектролита и гидроксид- ионы ОН^- . На катоде будут восстанавливаться, а на аноде окисляться те ионы, которые наиболее активны.

Активность катионовможно определить по электрохимическому ряду напряжений металлов:

K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au

слева направо в ряду напряжений химическая активность атомов уменьшается.

Химическая активность катионов (способность восстанавливаться) увеличивается слева направо в ряду:

K⁺ Ca ²⁺ Na⁺ Mg ²⁺ Al³⁺ Zn ²⁺ Fe ²⁺ Ni ²⁺ Sn ²⁺ Pb ²⁺ H⁺ Cu ²⁺ Hg ²⁺ Ag⁺ Pt ²⁺ Au ^3+.

Химическая активность анионов (способность окисляться) уменьшается слева направо в ряду:

I ^- Br ^– S ^2- Cl ^- OH ^- SO₄ ^2-.

Электролиз раствора хлорида натрия (электроды из графита!)

В растворе: NaCl, H₂O

NaCl → Na ⁺ + Cl ^–

H₂O ↔ H⁺ + OH ^–

Катод (-): Анод (+):

2H₂O + 2e = H₂ + 2OH ^- 2Cl ^- - 2 e = Cl₂.

Катионы водорода восстанавливаются легче, чем ионы K+, поэтому на катоде будет восстанавливаться вода до газообразного водорода.

Анионы бескислородных кислот и их солей слабее удерживают электроны, чем гидроксид-ионы воды, поэтому на аноде окисляются хлорид-ионы до газообразного хлора.

Суммарное уравнение электролиза имеет вид:

2NaCl + 2 H₂O → H₂ + Cl₂ + 2 NaOH