Chemické reakce doprovázené přenosem elektronů (redoxní reakce) se dělí na dva typy: reakce, které probíhají spontánně a reakce, ke kterým dochází, když proud prochází roztokem nebo taveninou. elektrolyt.

Roztok nebo tavenina elektrolytu se umístí do speciální nádoby – elektrolytická lázeň .

Elektrický proud – jde o uspořádaný pohyb nabitých částic – iontů, elektronů atd. pod vlivem vnějšího elektrického pole. V roztoku nebo tavenině elektrolytu vzniká elektrické pole elektrody .

Elektrody – Jsou to zpravidla tyče z materiálu, který vede elektrický proud. Jsou umístěny v roztoku nebo tavenině elektrolyta připojený k elektrickému obvodu se zdrojem energie.

V tomto případě záporně nabitá elektroda katoda – přitahuje kladně nabité ionty kationtů . Kladně nabitá elektroda ( anoda ) přitahuje záporně nabité částice ( anionty ). Katoda působí jako redukční činidlo a anoda působí jako oxidační činidlo.

Existují elektrolýzy s aktivní и inertní elektrody. Aktivní (rozpustné) elektrody během procesu elektrolýzy procházejí chemickými přeměnami. Obvykle jsou vyrobeny z mědi, niklu a dalších kovů. Inertní (nerozpustné) elektrody nepodléhají chemickým přeměnám. Jsou vyrobeny z neaktivních kovů, např. Platina Nebo grafit .

Elektrolýza roztoků

Existuje elektrolýza řešení nebo tát chemická látka. V roztoku je další chemikálie – voda, které se mohou účastnit redoxních reakcí.

Katodové procesy

v roztoku soli Katoda přitahuje kationty kovů. Kovové kationty mohou působit jako oxidační činidla. Oxidační schopnosti kovových iontů se liší. K posouzení redoxních schopností kovů používají elektrochemická napěťová řada :

Každý kov je charakterizován hodnotou svého elektrochemického potenciálu. Čím menší potenciál , více regeneračních vlastností kov a motivy méně oxidační vlastnosti odpovídající ion tohoto kovu. Různé ionty odpovídají různým hodnotám tohoto potenciálu. Elektrochemický potenciál je relativní hodnota. Předpokládá se, že elektrochemický potenciál vodíku je nulový.

V blízkosti katody jsou také molekuly voda N2О. Voda obsahuje oxidační činidlo – iont H +.

Během elektrolýzy solných roztoků na katodě jsou pozorovány následující vzory:

1. Pokud je kov v soli – aktivní ( do Al 3+ včetně v napěťovém rozsahu ), pak se místo kovu na katodě redukuje (vybíjení) vodík , protože Vodík má mnohem větší potenciál. Dochází k procesu redukce molekulárního vodíku z vody, za vzniku OH – iontů je prostředí v blízkosti katody alkalické:

2H2O +2ē → H2 + 2OH –

READ
Kam nejlépe umístit ložnici v domě?

Například při elektrolýze roztoku chlorid sodný Na katodě se bude z vody redukovat pouze vodík.

2. Pokud je kov v soli – střední aktivita (mezi Al 3+ a H +) , pak se obnoví na katodě (výboje) A kov A vodík , protože potenciál těchto kovů je srovnatelný s potenciálem vodíku:

Já n+ + nē → Já 0

2H+ 2O +2ē → H2 0 + 2OH –

Například během elektrolýzy roztoku síranu železnatého na katodě dojde k redukci (vybít) a železo a vodík:

Fe 2+ + 2ē → Fe 0

2H+ 2O +2ē → H2 0 + 2OH –

3. Pokud je kov v soli – neaktivní (po vodíku v řadě standardních elektrochemických kovů) , pak je ion takového kovu silnějším oxidačním činidlem než iont vodíku a redukuje se pouze na katodě kov:

Já n+ + nē → Já 0

Například, při elektrolýze roztoku síran měďnatý (II). Měď bude redukována na katodě:

Cu 2+ + 2ē → Cu 0

4. Pokud se dostane katoda vodíkové kationty H+ , pak se redukují na molekulární vodík:

2H++ 2ē → H2 0

Anodické procesy

Kladně nabitá anoda přitahuje anionty a molekuly vody. Anoda je oxidační činidlo. Redukčními činidly jsou buď anionty kyselého zbytku nebo molekuly vody (díky kyslíku v oxidačním stavu -2: H 2 O-2 ).

Při elektrolýze solných roztoků na anodě Jsou pozorovány následující vzorce:

1. Pokud anoda dostane zbytek kyseliny bez kyslíku , pak se oxiduje do volného stavu (do oxidačního stavu 0):

neMe n- – nē = neMe 0

Například : během elektrolýzy roztoku chloridu sodného na anodě dochází k oxidaci chloridových iontů:

2Cl — – 2ē = Cl2 0

Pokud si totiž připomeneme periodický zákon: jak se zvyšuje elektronegativita nekovu, snižují se jeho redukční vlastnosti. A kyslík je druhým prvkem s nejvyšší elektronegativitou. Je tedy snazší oxidovat téměř jakýkoli nekov spíše než kyslík. Pravda, je tu jedna věc výjimka . Asi už to tušíte. Samozřejmě je to fluor. Koneckonců, elektronegativita fluoru je větší než u kyslíku. Tím pádem, Během elektrolýzy fluoridových roztoků budou oxidovány molekuly vody, nikoli fluoridové ionty. :

2H2 O-2 4ē → O2 0+4H+

2. Pokud anoda dostane zbytek kyseliny obsahující kyslík nebo fluoridový ion pak voda podléhá oxidaci za uvolnění molekulárního kyslíku:

READ
Jak připravit řešení pro obložení kamen?

2H2 O-2 4ē → O2 0+4H+

3. Pokud anoda dostane hydroxidový iont poté oxiduje a uvolňuje se molekulární kyslík:

4 O-2 H – 4ē → O2 0+2H2O

4. Při elektrolýze roztoků soli karboxylových kyselin podléhající oxidaci atom uhlíku karboxylové skupiny, uvolňuje se oxid uhličitý a odpovídající alkan.

Například , při elektrolýze roztoků acetáty oxid uhličitý a etan se uvolňují:

2 CH3 C +3 OO 2ē → 2 C +4 O2+ CH3-CH3

Totální procesy elektrolýzy

Uvažujme elektrolýzu roztoků různých solí.

Například , elektrolýza roztoku síran měďnatý. Na katodě ionty mědi jsou redukovány:

Katoda (-): Cu 2+ + 2ē → Cu 0

Na anodě molekuly se oxidují voda:

Anoda (+): 2H2 O-2 4ē → O2 +4H+

Síranové ionty se tohoto procesu neúčastní. Zapíšeme je do výsledné rovnice s vodíkovými ionty ve formě kyseliny sírové:

2 Cu 2+ SO4 + 2H2 O-2 → 2 Cuo + 0H2SO4 + O.2 0

Elektrolýza roztoku chlorid sodný Vypadá to takhle:

Na katodě se zotavuje vodík:

Katoda (-): 2H+ 2O +2ē → H2 0 + 2OH –

Na anodě okysličovat chloridové ionty:

Anoda (+): 2 Cl 2ē → Cl2 0

Sodné ionty se neúčastní procesu elektrolýzy. Zapisujeme je s hydroxidovými anionty do celkové rovnice roztokové elektrolýzy chlorid sodný :

2H+ 2O +2NaCl – → H2 0 + 2NaOH+ Cl2 0

Příští příklad : elektrolýza vodného roztoku Uhličitan draselný.

Na katodě se zotavuje vodík z voda:

Katoda (-): 2H+ 2O +2ē → H2 0 + 2OH –

Na anodě okysličovat molekuly vody na molekulární kyslík:

Anoda (+): 2H2 O-2 4ē → O2 0+4H+

Tedy, když elektrolýza roztoku uhličitanu draselného Draselné ionty a uhličitanové ionty se tohoto procesu neúčastní. Elektrolýza vody probíhá:

2 H2 + O-2 → 2H2 0+O2 0

Další příklad : elektrolýza vodného roztoku chlorid měďnatý.

Na katodě se zotavuje měď:

Katoda (-): Cu 2+ + 2ē → Cu 0

Na anodě okysličovat chloridové ionty na molekulární chlór:

Anoda (+): 2 Cl 2ē → Cl2 0

Tedy, když elektrolýza roztoku uhličitanu draselného Elektrolýza vody probíhá:

Cu2+Cl2 – → Cu 0 + Cl2 0

Několik dalších příkladů: elektrolýza roztoku hydroxidu sodného.

Na katodě se zotavuje vodík z vody:

Katoda (-): 2H+ 2O +2ē → H2 0 + 2OH –

Na anodě okysličovat hydroxidové ionty na molekulární kyslík:

READ
Co je infračervený snímač pohybu?

Anoda (+): 4 O-2 H – 4ē → O2 0+2H2O

Tedy, když elektrolýza roztoku hydroxidu sodného voda se rozkládá; sodné kationty se procesu neúčastní:

2 H2 + O-2 → 2H2 0+O2 0

Elektrolýza tavenin

Při elektrolýze taveniny se na anodě oxidují anionty zbytků kyselin a na katodě se redukují kationty kovů. V systému nejsou žádné molekuly vody.

Například: elektrolýza taveniny chlorid sodný. Na katodě sodné kationty jsou redukovány:

Katoda (-): Na + + ē → Na 0

Na anodě anionty jsou oxidovány chlór:

Anoda (+): 2 Cl 2ē → Cl2 0

Souhrnná rovnice elektrolýzy tavenina chloridu sodného:

2Na+ Cl → 2 Na 0 + Cl2 0

Další příklad: elektrolýza taveniny hydroxid sodný. Na katodě sodné kationty jsou redukovány:

Katoda (-): Na + + ē → Na 0

Na anodě okysličovat hydroxidové ionty:

Anoda (+): 4 OH 4ē → O2 0 + 2H2O

Souhrnná rovnice elektrolýzy tavenina hydroxidu sodného:

4Na+ OH → 4 Na 0 + O2 0+2H2O

Mnoho kovů se vyrábí průmyslově elektrolýzou tavenin.

Například , hliník získané elektrolýzou roztoku oxid hlinitý v roztaveném kryolitu. Kryolit – Na3[AlF6] taje při nižší teplotě (1100 o C) než oxid hlinitý (2050 o C). A oxid hlinitý se dobře rozpouští v roztaveném kryolitu.

V kryolitovém roztoku se oxid hlinitý disociuje na ionty:

Na katodě hliníkové kationty jsou redukovány:

Katoda (-): Al 3+ + 3ē → Al 0

Na anodě okysličovat hlinitanové ionty:

Anoda (+): 4AlO 3 3 12ē → 2Al2O3 + 3 O2 0

Obecná rovnice pro elektrolýzu roztoku oxidu hlinitého v roztaveném kryolitu:

2 až 2 О 3 = 4 A0 + 3 2 0

V průmyslu se grafitové tyče používají jako elektrody při elektrolýze oxidu hlinitého. V tomto případě jsou elektrody částečně oxidovány (spáleny) v uvolněném kyslíku:

Elektrolýza s rozpustnými elektrodami

Pokud je materiál elektrody vyroben ze stejného kovu, který je přítomen v roztoku jako sůl, nebo z aktivnějšího kovu, pak výboj na anodě ne molekuly vody nebo anionty, ale částice samotného kovu jsou oxidovány jako součást elektrody.

Například zvažte elektrolýzu roztoku síranu měďnatého s měděnými elektrodami.

Na katodě ionty jsou vybité měď z řešení:

Katoda (-): Cu 2+ + 2ē → Cu 0

Na anodě částice mědi se oxidují z elektroda :

Anoda (+): Cu 2ē → Cu 2+

Elektrolýza (řecky elektron – jantar + lýza – rozklad) je chemická reakce, ke které dochází při průchodu stejnosměrného proudu elektrolytem. Jedná se o rozklad látek na jejich složky působením elektrického proudu.

READ
Na čem silikon nedrží?

Proces elektrolýzy zahrnuje pohyb kationtů (kladně nabité ionty) ke katodě (záporně nabité) a záporně nabitých iontů (aniontů) k anodě (kladně nabité).

Elektrolýza

Anionty a kationty tedy spěchají k anodě a katodě. Zde probíhá chemická reakce. Pro úspěšné řešení úloh na toto téma a psaní reakcí je nutné oddělit procesy na katodě a anodě. Přesně tak bude tento článek strukturován.

Cathode

Ke katodě jsou přitahovány kationty – kladně nabité ionty: Na +, K +, Cu 2+, Fe 3+, Ag + atd.

Chcete-li zjistit, jaká reakce probíhá na katodě, musíte nejprve určit aktivitu kovu: jeho polohu v elektrochemické řadě napětí kovu.

Elektrolytická katoda

Pokud se na katodě objeví aktivní kov (Li, Na, K), pak se místo toho redukují molekuly vody, ze kterých se uvolňuje vodík. Pokud je kov střední aktivity (Cr, Fe, Cd), uvolňuje se na katodě jak vodík, tak samotný kov. Nízko aktivní kovy se na katodě uvolňují v čisté formě (Cu, Ag).

Dovolte mi poznamenat, že hliník je považován za hranici mezi aktivními a středně aktivními kovy v napěťové řadě. Při elektrolýze na katodě se neredukují kovy až po hliník včetně, místo toho se redukují molekuly vody a uvolňuje se vodík.

Dorazí-li vodíkové ionty – H + – na katodu (např. při elektrolýze kyselin HCl, H2SO4) vodík se redukuje z molekul kyseliny: 2H + – 2e = H2

Anionty jsou přitahovány k anodě – záporně nabité ionty: SO4 2-, PO4 3- , Cl – , Br – , I – , F – , S 2- , CH3COO – .

Elektrolytická anoda

Pro elektrolýzu aniontů obsahujících kyslík: SO4 2-, PO4 3- – na anodě se neoxidují anionty, ale molekuly vody, ze kterých se uvolňuje kyslík.

Bezkyslíkaté anionty se oxidují a uvolňují odpovídající halogeny. Sulfidový ion při oxidaci a oxidaci síry. Výjimkou je fluor – pokud se dostane do anody, molekula vody se vybije a uvolní se kyslík. Fluor je nejvíce elektronegativní prvek, a proto je výjimkou.

Anionty organických kyselin se oxidují zvláštním způsobem: radikál sousedící s karboxylovou skupinou se zdvojnásobí a samotná karboxylová skupina (COO) se přemění na oxid uhličitý – CO2.

READ
Co je avantgarda v designu?
Příklady řešení

Během cvičení můžete narazit na kovy, které v sérii aktivit chyběly. Ve fázi učení můžete využít rozšířenou škálu kovových aktivit.

Série kovových aktivit

;-)

Nyní budete přesně vědět, co se na katodě uvolňuje

Tak pojďme cvičit. Pojďme zjistit, co vzniká na katodě a anodě při elektrolýze roztoků AgCl, Cu(NO3)2, AlBr3, NaF, FeI2, CH3COOLi.

Úlohy elektrolýzy

Někdy úkoly vyžadují zapsání reakce elektrolýzy. Řeknu vám: pokud rozumíte tomu, co se tvoří na katodě a co se tvoří na anodě, pak není těžké napsat reakci. Vezměme si například elektrolýzu NaCl a zapišme reakci:

NaCl + H2O → H2 +Cl2 + NaOH (obvykle označení „NaOH“ je ponecháno ve výrobcích, aniž by byly podrobeny další elektrolýze)

:)

Sodík je aktivní kov, proto se na katodě uvolňuje vodík. Anion neobsahuje kyslík, uvolňuje se halogen – chlór. Píšeme rovnici, takže nemůžeme přimět sodík, aby se odpařil bez zanechání stopy. Sodík reaguje s vodou za vzniku NaOH.

Napišme elektrolýzní reakci pro CuSO4:

Měď je málo aktivní kov, takže se uvolňuje v čisté formě na katodě. Anion obsahuje kyslík, takže se při reakci uvolňuje kyslík. Síranový iont nikde nezmizí, spojí se s vodíkem vody a přemění se v šedou kyselinu.

Elektrolýza tavenin

Vše, co jsme až do tohoto bodu probrali, se týkalo elektrolýzy roztoků, kde rozpouštědlem je voda.

Průmyslová chemie stojí před důležitým úkolem – získat kovy (látky) v jejich čisté formě. Nízkoaktivní kovy (Ag, Cu) lze snadno získat elektrolýzou roztoků.

Ale co aktivní kovy: Na, K, Li? Při elektrolýze jejich roztoků se totiž na katodě neuvolňují v čisté formě, místo toho se redukují molekuly vody a uvolňuje se vodík. Zde se hodí taveniny, které neobsahují vodu.

Elektrolýza taveniny

V bezvodých taveninách jsou reakce psány ještě jednodušeji: látky se rozkládají na své složky:

© Bellevich Yury Sergeevich 2018-2023

Tento článek napsal Jurij Sergejevič Bellevič a je jeho duševním vlastnictvím. Kopírování, šíření (včetně kopírování na jiné stránky a zdroje na internetu) nebo jakékoli jiné použití informací a předmětů bez předchozího souhlasu držitele autorských práv je trestné ze zákona. Chcete-li získat materiály článku a povolení k jejich použití, kontaktujte Bellevič Jurij.