Электрохимические процессы

Электрохимические процессы.

    Электролизом называют окислительно-восстановительные реакции, протекающие на электродах при пропускании постоянного электрического тока через растворы или расплавы электролитов. Анод – электрод, на котором идёт процесс окисления; катод – электрод, на котором протекает процесс восстановления. Частицы вещества (электролита) – катионы и анионы – устремляются к разным электродам, при пропускании тока. Анионы движутся к положительно  заряженному аноду, а катионы – к отрицательно заряженному катоду.

     Процесс, который проходит на  катоде, определяется положением  катиона в электрохимическом  ряду напряжений металлов.

таб

Электрохимический ряд напряжений металлов можно поделить на 3 группы: 1) От лития до алюминия: если катион расположен в ряду напряжений до алюминия включительно, то на катоде восстанавливается вода с выделением газообразного водорода, при этом катионы металла остаются в растворе. Для получения металла проводят электролиз расплава.

Ур

2) От  марганца до свинца: если катион  расположен в ряду напряжений  от марганца до свинца включительно, то на катоде восстанавливаются  катионы металла. При проведении  электролиза со значительной  силой тока, на катоде может  одновременно восстанавливаться  и вода. При электролизе растворов  и расплавов на катоде может  выделяться и металл, и водород.

Ур

3) От  сурьмы до золота: если катион  расположен в ряду напряжений  после водорода, то на катоде, при электролизе расплавов, всегда  выделяется металл.

Ур

Также в ряду напряжений слева направо  уменьшается способность атомов отдавать электроны, и увеличивается  способность ионов принимать  электроны.

     Процесс на аноде зависит от  материала, из которого он изготовлен. Для этого используют восстановительный  ряд ионов.

Таб

     Если анод активный, изготовленный  из металлов, которые окисляются  в процессе электролиза, то  на нем, независимо от природы  аниона, происходит окисление металла  анода.  

     Если анод инертный (графит, платина,  золото), то при электролизе растворов  солей бескислородных (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисление аниона. При электролизе фторидов и кислородосодержащих кислот  на аноде выделяется вода с выделением газообразного кислорода. 

     При электролизе растворов бескислородных солей на аноде происходит окисление аниона (кроме фторида)

ур

     При электролизе растворов кислородосодержащих  солей и фторидов на аноде  в щелочной среде происходит  окисление гидроксоаниона с образованием кислорода и воды. В кислотной и нейтральных средах происходит окисление воды с образованием кислорода и водород-катионов.

Ур 

     В химическом отношении все металлы характеризуются сравнительной легкостью отдачи валентных электронов и способностью образовывать положительно заряженные ионы. Следовательно, металлы в свободном состоянии являются восстановителями.

 Восстановительная  способность различных металлов  неодинакова и определяется положением  в электрохимическом ряду напряжения  металлов.

Металлы размещены в порядке убывания их восстановительных свойств и  усиления окислительных свойств  их ионов. Этот ряд характеризует  химическую активность металлов только в окислительно-восстановительных  реакциях, протекающих в водной среде.

     Также каждый электрод обладает собственным электрохимическим потенциалом.  Измерение потенциала каждого из электродов  в гальваническом элементе невозможно. Возможно лишь измерение разности потенциалов, возникающей при соединении в электрическую  цепь двух электродов, погруженных в растворы электролитов. Но чтобы сравнить разные потенциалы  электродов, необходимо выбрать точку отсчета, т.е. электрод, с потенциалом которого сравнивают потенциалы всех остальных электродов. В качестве этого электрода выбрали стандартный водородный электрод. Его потенциал равен нулю. Чтобы измерить потенциал никелевого электрода, необходимо собрать гальванический элемент. Одним из электродов будет служить стандартный водородный, другим – никелевая пластинка, погруженная в раствор соли никеля. ЭДС, которую  покажет прибор, и будет являться потенциалом никелевого электрода. Потенциал металлического электрода зависит от природы металла, температуры, концентрации ионов металла в растворе электролита.  Для того чтобы потенциалы различных металлов можно было сравнить между собой, в таблицах приводят их значения измеренные при стандартных условиях. Такие потенциалы называют стандартными электродными потенциалами металлов. 
 
 
 

Cu2+ + 2e- →   Cu0

2H2O  +  2e- →   H2 +  2OH¯

Fe3+ + 3e- →   Fe0

2H2O  +  2e- →   H2 +  2OH¯