Казалось бы, что может быть проще 20-го задания ЕГЭ? Выучил канон да решай, не ошибёшься. Но иногда, очень немногие ученики обращают внимание на слово "инертный" в условии. Инертные электроды или инертный анод - что это такое и зачем каждый раз пишут это слово в условии, если его можно не замечать?
Рассказываю.
Как известно, электролиз - окислительно-восстановительный процесс, который происходит под действием электрического тока. Здесь электрическая энергия, которую специально подают на катод и анод, превращается в химическую - энергию химической реакции разложения. (В гальваническом элементе наоборот, энергия химической реакции превращается в электрическую.)
При электролизе катод заряжен отрицательно, на его поверхности есть много электронов и именно здесь происходит восстановление, чаще всего, металлов.
Например, когда производят алюминий, а его обычно производят методом электролиза расплава глинозёма в криолите, то катодом является дно электролизной ванны.
Так вот, материал катода представляет собой очищенный кокс (углерод) с добавлением каменноугольной смолы в качестве связки. Катод должен быть прочным, термостойким, чистым и инертным, то есть, он не должен растворяться и загрязнять собою восстанавливаемый продукт. Вкратце, готовят его так: нефтяной кокс прокаливают при температуре около 1200°C, измельчают и просеивают. Добавляют диборид титана и оксид бора для твёрдости. Полученную смесь уплотняют под давлением 1–2 тонн/см² (!!), сушат, отверждают при 200°С и обжигают при 700–1200°С в восстановительной или инертной атмосфере. (Интересно, сколько времени служит такой катод?)
А что же анод?
Когда мы записываем самое простое уравнение разложения глинозёма под действием электрического тока, то у нас получается, что алюминий выделяется на катоде, а кислород - на аноде: 2 Al2O3 = 4Al+3O2 и мы смело полагаем, что кислород возносится и улетает в атмосферу. На самом деле, всё немного не так.
Анод (а это несколько угольных стержней) "подхватывает" выделяющийся кислород: C + O2 = CO2 и при этом, понятное дело, разрушается. То есть, анод в реальном производстве не инертен. Мало того, что он несёт на себе положительный заряд, так он ещё и берёт на себя анодный продукт. В результате именно углекислый газ попадает в атмосферу. Применение таких расходующихся анодов позволяет наиболее эффективно использовать электроэнергию; в противном случае, если выпускать в атмосферу даже очищенный кислород, расход электроэнергии будет намного больше.
Итак, под действием электрического тока на самом деле идёт вот такой процесс: 2 Al2O3 + 3 C → 4 Al + 3 CO2.
Подробнее можно посмотреть отличное учебное видео здесь и прочитать ёмкую статью вот тут.
Другой пример неинертного анода.
Есть промышленный способ очистки металлов, когда неочищенный металл является анодом, заряженным положительно, его катионы уходят в раствор и двигаются к катоду. При этом примеси (не обязательно грязь, это могут быть и примеси ценных металлов) остаются в растворе электролита. Катод в процессе электролиза покрывается слоями чистого, практически 100%-го металла. Самый распространённый процесс такого рода - электролитическое рафинирование (очистка) меди.
Вот краткая схема:
Вот два отличных видео рассказа про производство и очистку меди:
Итак, не инертный, активный анод в промышленности применяют очень часто. Что касается действительно инертных электродов, то они могут быть сделаны из благородной платины, если получаемые продукты не крупнотоннажные; из графита или из специальной керамики (при производстве хлора, брома, водорода).
Нам для успеха на ЕГЭ достаточно знать лишь азы того, что происходит при электролизе растворов и расплавов, если электроды инертные.
Как-то так. И приглашаю в мой тг-канал.