Путаетесь, что образуется на катоде и аноде? В этой статье мы подробно разберем электролиз РАСТВОРОВ и РАСПЛАВОВ, выделим ключевые отличия и покажем всё на наглядных примерах.
Электролиз — это физико-химический процесс, при котором происходит разложение вещества под действием постоянного электрического тока.
Для проведения электролиза необходимы:
- Источник постоянного тока
- Электролит (раствор или расплав, проводящий ток)
- Два электрода, погруженных в электролит
При прохождении тока через электролит на электродах происходят окислительно-восстановительные процессы, приводящие к химическим превращениям.
Ключевые понятия электролиза
Катодные процессы
На катоде: восстановление
Происходит присоединение электронов частицами.
Общая схема:
Mⁿ⁺ + ne⁻ → M⁰
Катодные процессы в расплаве
В расплаве соли отсутствует вода, поэтому на катоде происходит восстановление только катионов металла, независимо от его положения в ряду напряжений.
Примеры катодных процессов при электролизе расплавов:
Na⁺ + e⁻ → Na (расплав NaCl)
Ca²⁺ + 2e⁻ → Ca (расплав CaCl₂)
Al³⁺ + 3e⁻ → Al (расплав AlCl₃)
Катодные процессы в растворе
В отличие от расплавов, при электролизе водных растворов в системе присутствуют не только ионы растворенного вещества, но и молекулы воды, которые могут участвовать в электродных процессах.
Это создает конкуренцию между различными частицами за участие в окислительно-восстановительных процессах на электродах.
Анодные процессы
На аноде: окисление
Происходит отдача электронов частицами.
Общая схема:
Aⁿ⁻ - ne⁻ → A⁰
Анодные процессы в расплаве
В расплаве соли на аноде происходит окисление только анионов, так как других частиц, способных отдавать электроны, в системе нет.
Примеры анодных процессов при электролизе расплавов:
2Cl⁻ - 2e⁻ → Cl₂↑ (расплав NaCl или CaCl₂)
2O²⁻ - 4e⁻ → O₂↑ (расплав оксида алюминия в криолите)
S²⁻ - 2e⁻ → S (расплав Na₂S)
В результате анодного процесса при электролизе расплавов обычно образуются газообразные простые вещества (Cl₂, F₂, O₂) или твердые неметаллы (S, I₂).
Анодные процессы в растворе
Исключение: фторид-ион F⁻ не окисляется на аноде из-за очень высокого окислительного потенциала фтора. При электролизе растворов фторидов на аноде всегда выделяется кислород из воды.
Примеры электролиза различных веществ
Соль (раствор): Na₂SO₄
При электролизе раствора сульфата натрия (Na₂SO₄) электролизу подвергается вода, так как Na – активный металл, а SO₄²⁻ – кислородсодержащий анион, которые устойчивы к восстановлению и окислению на катоде и аноде
Катодный процесс: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻
Анодный процесс: 2H₂O - 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺
Суммарное уравнение:
2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑
Кислота (раствор): HCl
При электролизе раствора соляной кислоты (HCl) водород выделяется на катоде, а хлор – на аноде, поскольку Cl⁻ – бескислородный анион.
Катодный процесс: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑
Анодный процесс: 2Cl⁻ - 2e⁻ → Cl₂↑
Суммарное уравнение:
2HCl → H₂↑ + Cl₂↑
Щелочь (раствор): NaOH
При электролизе раствора гидроксида натрия (NaOH) на катоде восстанавливается вода, так как Na⁺ – активный катион, а OH⁻ – окисляется, выделяя кислород.
Катодный процесс: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻
Анодный процесс: 4OH⁻ - 4e⁻ → O₂↑ + 2H₂O
Суммарное уравнение:
2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑
Соль органической кислоты: CH₃COONa
Электролиз раствора ацетата натрия (реакция Кольбе) приводит к образованию этана, углекислого газа, водорода и гидроксида натрия.
Катодный процесс: 2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻
Анодный процесс: 2CH₃COO⁻ - 2e⁻ → C₂H₆↑ + 2CO₂↑
Суммарное уравнение:
2CH₃COONa + 2H₂O → C₂H₆↑ + 2CO₂↑ + H₂↑ + 2NaOH
Расплав: KBr
При электролизе расплава бромида калия (KBr) образуются калий и бром.
Катодный процесс: K⁺ + e⁻ → K
Анодный процесс: 2Br⁻ - 2e⁻ → Br₂↑
Суммарное уравнение:
2KBr → 2K + Br₂↑
Сравнение электролиза растворов и расплавов
Электролиз растворов и расплавов одного и того же вещества может давать совершенно разные продукты. Это связано с возможным участием воды в электродных процессах. Рассмотрим различия в продуктах электролиза раствора и расплава хлорида натрия:
Рассмотрим различия в продуктах электролиза раствора и расплава гидроксида калия:
Рассмотрим различия в продуктах электролиза раствора и расплава сульфата меди:
Если примеры и сравнения из статьи сделали электролиз понятным, поддержите лайком. Обязательно сохраняйте - эта теория, упакованная в таблицы и алгоритмы, станет вашим надежным помощником для уверенного старта на ЕГЭ.