Электролиз расплавов и растворов
Два правила — для катода и для анода — покрывают всё задание. Разберём их на живом электролизёре: выбираете вещество и сразу видите, что пойдёт на каждом электроде.
1Что такое электролиз
Электролиз — окислительно-восстановительная реакция, которая идёт под действием электрического тока. На катоде происходит восстановление, на аноде — окисление.
Отрицательный электрод. Притягивает катионы, отдаёт им электроны. Идёт восстановление.
Положительный электрод. Притягивает анионы, забирает у них электроны. Идёт окисление.
2Правило катода
В расплаве конкуренции нет — восстанавливается сам металл. В растворе с металлом конкурирует вода, и исход зависит от положения металла в ряду активности.
| Положение металла | Что на катоде | Пример |
|---|---|---|
| От Li до Al включительно | только водород из воды | K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺ |
| От Mn до Pb | металл и водород одновременно | Zn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺ |
| После водорода | только металл | Cu²⁺, Ag⁺, Au³⁺ |
| Любой металл в расплаве | только металл | расплав NaCl → Na |
3Правило анода
Для инертных электродов (графит, платина) всё решает природа аниона.
| Анион | Что на аноде | Уравнение |
|---|---|---|
| Бескислородный: Cl⁻, Br⁻, I⁻, S²⁻ | сам галоген или сера | 2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂↑ |
| Кислородсодержащий: SO₄²⁻, NO₃⁻, PO₄³⁻ | кислород из воды | 2H₂O − 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺ |
| Фторид F⁻ | кислород из воды | фтор из раствора получить нельзя |
| Гидроксид OH⁻ (щёлочь) | кислород | 4OH⁻ − 4e⁻ → O₂↑ + 2H₂O |
| Соли карбоновых кислот | углеводород и CO₂ | реакция Кольбе |
4Соберите электролизёр
Обратите внимание на NaCl: в расплаве получается натрий, а в растворе — щёлочь и водород. Одно и то же вещество, разный результат.
Выберите электролит и режим — на катоде и аноде появятся продукты с полуреакциями
В расплаве воды нет, поэтому восстанавливается сам катион натрия.
Хлорид-ион отдаёт электроны и превращается в газообразный хлор.
При электролизе водного раствора какой соли на катоде выделяется металл, а на аноде — кислород?
Нужен металл правее водорода и кислородсодержащий анион. В CuSO₄ медь восстанавливается до Cu⁰, а сульфат-ион не окисляется — вместо него работает вода, давая O₂. В NaCl и KBr на аноде выделяются галогены, а натрий и калий не восстанавливаются вовсе.
5Тренажёр
Вопрос 1 из 6 · верных: 0
Электролиз водного раствора KI. Что на катоде?
6Где это применяют
| Процесс | Что получают | Особенность |
|---|---|---|
| Электролиз расплава Al₂O₃ | алюминий | в расплаве криолита, температура около 950 °C |
| Электролиз расплава NaCl | натрий и хлор | из раствора натрий получить невозможно |
| Электролиз раствора NaCl | NaOH, H₂, Cl₂ | хлорно-щелочное производство |
| Рафинирование меди | чистая медь | анод из черновой меди растворяется |
| Гальванопокрытия | слой Cr, Ni, Zn | деталь служит катодом |
Если анод сделан не из графита, а из того же металла, что и в растворе, он начинает растворяться сам: Cu⁰ − 2e⁻ → Cu²⁺. Металл переходит с анода в раствор, а с раствора осаждается на катоде. На этом основаны очистка меди и нанесение гальванических покрытий.
Какое вещество нельзя получить электролизом водного раствора его соли?
Калий стоит в самом начале ряда активности: в водном растворе вместо него всегда восстанавливается вода с выделением водорода. Калий получают только электролизом расплава KCl или KOH.
Коротко
- Катод — восстановление, анод — окисление, всегда
- В расплаве восстанавливается сам металл
- Металлы до алюминия из раствора не восстанавливаются
- Бескислородные анионы окисляются, кислородсодержащие — нет
- Вместо кислородсодержащего аниона на аноде окисляется вода
- Фтор и активные металлы получают только из расплавов