Електроліз, як окислювально-відновний процес

Окислювально-відновні реакції можуть відбуватися і за участю електричного струму.
Наприклад, якщо розплавити кухонну сіль, то відбувається розщеплення кристалічної решітки на іони:
2NaCl ⇄ Na + + Cl-
При цьому утворюються катіон натрію і аніон хлору. Якщо потім опустити в розплав електроди постійного електричного струму, відбувається наступне. Прямуючи до катода, катіон натрію отримує з нього один електрон, т. Е. Відбувається відновлення:
Na + + e- → Na0

Отже, катод, на якому є постійний надлишок електронів, є відновником. До анода направляється аніон хлору. Оскільки на аноді постійна нестача електронів, атом хлору віддає електрон, т. Е. Окислюється: Сl- – е- → Сl0
Таким чином, а н о д, на якому постійна нестача електронів, є окислювачем. Отже, всякий електроліз є окислювально-відновним процес, що протікає під дією електричного струму.
(Запишіть)
У зв’язку з тим що при електролізі в реакції бере участь електричний струм, окислювально-відновний процес набуває ряд особливостей. Наприклад, при електролізі водних розчинів солей в процесі бере участь вода. Так, електроліз розчину кухонної солі протікає за дещо іншою схемою, ніж електроліз розплаву. У розчині, крім дисоціації, солі, протікає досить слабо дисоціація води:
Н2O ⇄ Н + + OH-
Таким чином, в розчині утворюється два види катіонів (Na + і Н +) і два види аніонів (Сl- і ОН-).
В ряді напруг металів натрій коштує набагато лівіше водню. Отже, він активніше, а значить, і легше віддає електрони. Якщо ж мова йде (як в даному випадку) про прийняття електронів на катоді, то іон натрію, навпаки, буде важче приймати електрони, ніж іон водню, і, отже, на катоді буде відновлюватися не металева натрій, а водень:
Н + + е- → Н (0)
Іони ж натрію будуть знаходитися в розчині до тих пір, поки повністю не розрядяться іони водню.
До анода попрямують аніони Сl- і ОН-. Ці аніони також неоднакові. Анион Сl- легше віддає свій електрон, ніж аніон ОН-, тому на аноді буде окислюватися хлор, перетворюючись на нейтральні атоми хлору:
Сl- – е- → Сl0
У більшості випадків аніони, які з атомів одного елемента, такі, як Сl-, Вr-, I-, S2- і т. П., Окислюються на аноді швидше, ніж гідроксильна група.

Таким чином, при електролізі розчину кухонної солі на електродах виходять водень і хлор, а в розчині залишаються іони Na ​​+ і ОН-. Ці іони являють собою в дисоційованому вигляді їдкий натр NaOH.

■ 142. Чому при електролізі розплаву NaCl можна отримати металевий натрій, а при електролізі розчину NaCl era отримати не можна?
143. Чим пояснити, що в розчині при електролізі NaCl утворюється луг NaOH?
144. Як здійснюється електроліз розчину KI?
145. У чому відмінність процесу електролізу розчину СuСl2 від електролізу розчин а NaCl? (Див. Відповідь)

Якщо електролізу піддається розчин сульфату натрію Na2SO4, який дисоціює за рівнянням:
Na2SO4 ⇄ 2Na + + SO24
то в розчині утворюється знову-таки два види катіонів (Na + і Н +) і два види аніонів (SO42- і ОН-).
У цьому випадку, як і в попередньому, на катоді відбувається відновлення водню Н + + е-> Н0, а на
аноді – окислення гідроксилу, так як складні аніони (SO24- NO3- і т. п.) окислюються з великими труднощами (стор. 395. табл. 5). На аноді йде процес
2OН- – 2е- → [2OН] → Н2О + [О] ↑
і виділяється чистий кисень. Таким чином, процес фактично зводиться до електролізу води, а сіль у незмінній кількості залишається в розчині.
Процес електролізу широко застосовується в ряді виробництв, зокрема, це єдиний економічно вигідний промисловий шлях отримання активних металів, таких, як калій, натрій, алюміній, а також активних неметалів, наприклад хлору, фтору і т. П.
Електроліз широко застосовується при покритті одного металу іншим для захисту від корозії. Наприклад, при нікелювання, хромування і т. Д., Що покривається, виріб поміщають у ванну з розчином нікелю або хрому, підключають до катода і чекають, коли на ньому з’явиться шар металу потрібної товщини. Швидкість протікання процесу залежить від сили і напруги струму, а також від ряду інших причин, знаючи які, можна обчислити кількість утворюється металу.

Спосіб нарощування металу на поверхні виробу електролітичним шляхом дозволяє знімати точнейшие зліпки та копії. Цей спосіб називається гальванопластики.

Посилання на основну публікацію