Электролиз

Электролиз - окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. При электролизе происходит разложение химических соединений. Следует различать два параллельных полупроцесса: на катоде происходит прием электронов ионами, т.е. их восстановление, на аноде происходит отдача электронов ионами, т.е. их окисление. В качестве электродов используют инертные электроды (платина, графит, уголь и др.) не расходующиеся в процессе электролиза и активные – металлические, которые расходуются в процессе электролиза.

Количественные соотношения при электролизе между выделившимся веществом и прошедшим через электролит электричеством выражают двумя законами Фарадея.

Первый закон Фарадея.

Масса вещества, выделившегося на электроде при электролизе, пропорциональна количеству электричества, которое прошло через электролит:

M = Ae·q,

где m – масса вещества,

Ae – коэффициент пропорциональности, называемый электрохимическим эквивалентной массой,

q – количество электричества.

Количество электричества q есть произведение силы электрического тока I (в амперах, А) на продолжительность электролиза τ (с)

Второй закон Фарадея.

Количества двух различных веществ, которые выделяются на электродах с помощью одинакового количества электричества, обратно пропорциональны эквивалентным числам этих веществ:

где ν ₁ и ν ₂ – количества веществ 1 и 2, выделенные на электродах; z₁, z₂ – эквивалентные числа веществ 1 и 2 в окислительно-восстановительных реакциях.

Из законов Фарадея вытекает:

m= ,

где F =96500 К/моль;

Э – электрохимический эквивалент.

Оба закона можно объединить общей формулой:

m = = ,

где m – масса окисленного или восстановленного вещества, г; М_э – молярная масса его эквивалента, г/моль; q – количество электричества, проводящего через электролит q=I·t, I – сила тока, А; t – время, с.

Рассмотрим возможные процессы на катоде в водных растворах (пользоваться таблицей стандартных электродных потенциалов):

1. Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом, больше чем у водорода (Cu²⁺, Ag⁺...). При электролизе они почти полностью восстанавливаются в виде металла.

2. Катионы металлов с малой величиной стандартного электродного потенциала (Li⁺... Al³⁺). При электролизе они не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды. (В кислой среде ионы Н⁺).

3. Катионы металлов со стандартным электродным потенциалом меньше, чем у водорода, но больше чем у алюминия. При электролизе эти катионы восстанавливаются одновременно с молекулами воды.

Если в воде содержится смесь катионов Cu²⁺ , Zn²⁺ и A g⁺ , то в первую очередь будут восстанавливаться катионы Ag⁺ (Е⁰= 0, 79 В), затем меди (Е⁰=0, 337 В), цинка (Е⁰= -0, 76 В).