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.