Чем отличается электролиз раствора от электролиза расплава кратко

Обновлено: 02.07.2024

Электролиз - это окислительно-восстановительный процесс, который происходит на электродах во время прохождения электрического тока через расплав или раствор.

Электролиз - это ещё один способ получения чистых металлов и неметаллов. Кроме того, электролиз можно провести и в домашних условиях. Нужен источник тока, два электрода (какие электроды бывают и какой в каком случае брать - рассказано дальше) и, конечно, электролит. Электролит - это раствор, который проводит электрический ток.

Различают электролиз растворов и электролиз расплавов. Оба эти процесса существенно отличаются друг от друга. Отличие - в наличии растворителя. При электролизе растворов кроме ионов самого вещества в процессе участвуют ионы растворителя. При электролизе расплавов - только ионы самого вещества.

Для того, чтобы получить нужный продукт (газ, металл или неметалл), нужно правильно выбрать электрод и раствор электролита. Электродами могут служить любые материалы, проводящие электрический ток. В основном применяют металлы и сплавы, из неметаллов электродами могут служить, например, графитовые стержни (или углерод). Реже в качестве электрода используют жидкости.
Электрод, заряженный положительно - анод. Электрод, заряженный отрицательно - катод. При электролизе происходит окисление анода (он растворяется) и восстановление катода. Именно поэтому анод следует брать таким, чтобы его растворение не повлияло на химический процесс, протекающий в растворе или расплаве. Такой анод называют инертным электродом. В качестве инертного анода можно взять графит (углерод) или платину.
В качестве катода можно взять металлическую пластину (она не будет растворяться). Подойдёт медь, латунь, углерод (или графит), цинк, железо, алюминий, нержавейка.

В домашних условиях, из тех веществ, что имеются практически у каждого, можно без труда получить, например, кислород, водород, хлор, медь, серу, а также слабую кислоту или щёлочь! Но будьте осторожны с хлором - этот газ ядовит!

Первый опыт проведём с целью получения водорода и кислорода.

Сделайте электролит из раствора пищевой соды (можно взять кальцинированную соду), опустите туда электроды и включите источник питания. Как только ток пойдёт через раствор, сразу станут заметны пузырьки газа, которые образуются у электродов: у "+" будет выделяться кислород, у "-" водород. Именно такое распределение газов происходит из-за того, что возле анода "+" происходит скопление отрицательных ионов OH - , и восстановление кислорода, а возле катода "-" скапливаются ионы щелочного металла, которые содержатся в кальцинированной соде (Na₂CO₃), имеющие положительный заряд (Na + ) и одновременно происходит восстановление водорода. Восстановлении ионов натрия до чистого металла Na не происходит, так как металл натрий стоит в ряду напряжений металлов левее водорода

Перейти на английский
Electrolysis

1) Катод К(-) , к нему перемещаются катионы, катод отдаёт электроны катионам, катионы разряжаются, идёт процесс восстановления.

2) Анод А(+) , к нему перемещаются анионы, анионы отдают электроны аноду и разряжаются, идёт процесс окисления.

3) Электролиз растворов отличается от электролиза расплавов тем, что процессы протекают сложнее из-за непосредственного участия воды.

Сущность электролиза состоит в том, что за счёт электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самопроизвольно .

При проведении электролиза растворов с использованием инертного (не расходуемого) анода (например, графита или платины), на электродах могут протекать конкурирующие процессы:

на аноде — окисление анионов и гидроксид-ионов,
на катоде — восстановление катионов и ионов водорода.

При выборе наиболее вероятного процесса на аноде и катоде исходят из положения, что протекает та реакция, которая требует наименьшей затраты энергии. На катоде преимущественно происходит восстановление тех катионов, которые обладают наибольшей окислительной активностью. На аноде в первую очередь будут окисляться анионы, обладающие наибольшей восстановительной активностью.

1)Электролиз расплавов
Постоянный эл. ток проходит через расплав.
так можно получать щелочные и щелочно-земельные металлы. В расплав погружаются электроды (катод и анод)
Например, NaCl -> Na(+)+Cl(-)
Катод ( - ) Na(+) +e->Na(0) Анод ( + ) 2Cl(-)-2e -> Cl2
2NaCl -> 2Na+Cl2
2)Электролиз растворов отличается от электролиза расплавов тем, что на электродах одновременно разряжается вода. Эта последовательность определяется тремя катодными и двумя анодными правилами.
Например, 2NaCl+2H2O -> H2+Cl2+2NaOH
NaCl -> Na(+)+Cl(-)
Катод ( - ) 2H2O+2e->H2+2OH(-) Анод ( + ) 2Cl(-)-2e -> Cl2

Электролиз расплавов и растворов встречается в заданиях на ЕГЭ, а значит, если вы планируете сдавать экзамен по химии, эту тему нужно знать на отлично. Наша статья поможет узнать или повторить, что такое электролиз, его правила и схема протекания.

О чем эта статья:

11 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Электролиз — это окислительно-восстановительная реакция, которая протекает на электродах и основана на пропускании электрического тока через раствор или расплав.

Не менее важными участниками электролиза являются электроды: катод и анод. Если вы вдруг забыли, что такое катод и анод в химии, напомним.

Катод — это отрицательно заряженный электрод, который притягивает положительно заряженные ионы (катионы). А анод — это положительно заряженный электрод, который притягивает к себе отрицательно заряженные ионы (анионы). Таким образом, на катоде всегда происходит процесс восстановления, а на аноде всегда происходит процесс окисления.

Электроды бывают растворимые и инертные. Растворимые изготавливаются из металлов, например, меди и подвергаются химическим превращениям в ходе электролиза. А вот инертные или нерастворимые электроды не подвергаются химическим превращениям и остаются в неизменном виде как до реакции, так и после нее. Как правило, такие электроды изготавливают из графита или платины.

Виды электролиза

Различают два вида электролиза:

Электролиз водного раствора.

Прежде чем мы рассмотрим каждый процесс отдельно, давай познакомимся с общими для двух видов процессами на электродах.

Процесс на катоде K (−)

Катион принимает электроны и восстанавливается:

Me +n + ne − → Me 0 (восстановление).

Процесс на аноде A (+)

Анион отдает электроны и окисляется:

неMe −n − ne − → неMe 0 (окисление).

Процессы, протекающие при электролизе в общем случае:

К − : Ме +n + ne − → Ме 0 ;

А + : неМе −n − ne − → неМе 0 .

Суммарное уравнение электролиза:

Электролиз расплава

Рассмотрим электролиз расплава пищевой соли — хлорида натрия. При сильном нагревании кристаллический твердый хлорид натрия плавится. Полученный расплав содержит подвижные ионы хлора и натрия, освободившиеся из кристаллической решетки, и проводит электрический ток.

К − : 2Na + + 2e − = 2Na 0

А + : 2Cl − − 2e − = Cl₂

Суммарное уравнение электролиза:

При опускании в расплав угольных (инертных) электродов, присоединенных к источнику тока, ионы приобретают направленное движение: катионы движутся к отрицательно заряженному электроду (катоду), анионы — к положительно заряженному электроду (аноду) и отдают электроны.

Теперь давайте рассмотрим электролиз расплава гидроксида калия.

На катоде происходит восстановление калия за счет принятия электронов. А на аноде протекает более сложная реакция. Гидроксогруппы отдают свой электрон и становятся нейтральными, но такое состояние для них крайне невыгодно, так как неустойчиво, и они объединяются в группы, чтобы потом разложиться с выделением газообразного кислорода и воды

Итог электролиза расплава — металлический калий на катоде, газообразный кислород и пары воды на аноде.

Электролиз раствора

Основным отличием водного раствора от расплава является присутствие молекул воды и ионов H + и OH - как продуктов диссоциации воды. В связи с этим возле катода и анода скапливаются ионы, которые конкурируют как друг с другом, так и с молекулами воды. Рассмотрим электролиз на примере водного раствора KF:

К − : 4H₂O + 4e − = 2H₂ 0 + 4OH −

Суммарное уравнение электролиза:

Как видно, ни калий, ни фтор не фигурируют в продуктах электролиза. Почему так происходит?

Наиболее активные металлы — сильные восстановители. Калий — как раз такой металл, поэтому обратный процесс восстановления активных металлов из соединений осуществить сложно. При электролизе водных растворов солей активных металлов на катоде протекает восстановление не катионов этих металлов, а воды с образованием водорода.

Разберем порядок восстановления катионов металлов на катоде в зависимости от их активности.

Последовательность разрядки катионов зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжения.

Если у катода накапливаются молекулы воды и катионы металла, который находится в ряду напряжения после водорода, то восстанавливаются ионы металла.

Если у катода накапливаются молекулы воды и катионы металла, который стоит в начале ряда напряжения от лития до алюминия включительно, то восстанавливаются ионы водорода из молекул воды. Катионы металла не восстанавливаются, остаются в растворе.

Если у катода накапливаются молекулы воды и катионы металла, который расположен в ряду напряжения между алюминием и водородом, то восстанавливаются и ионы металла, и частично ионы водорода из молекул воды.

Если в растворе находится смесь катионов разных металлов, то сначала восстанавливаются катионы менее активного металла.

При электролизе раствора кислоты на катоде восстанавливаются катионы водорода до газообразного водорода.

Для удобства мы собрали информацию об электролизе в таблице:

Теперь разберемся, что происходит с анионами в водных растворах при электролизе. Для начала познакомимся с последовательностью восстановления анионов на аноде:

Чем меньше выражена восстановительная активность, тем хуже анионы могут окисляться на аноде. К тому же процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона.

Если анод инертный или нерастворимый, то на нем протекают следующие реакции:

При электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов!), на аноде происходит процесс окисления аниона.

При электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде выделяется газообразный кислород вследствие окисления молекул воды. Анион при этом не окисляется, оставаясь в растворе.

При электролизе растворов щелочей происходит окисление гидроксид-ионов.

Если анод растворимый, то на нем всегда происходит окисление металла анода — независимо от природы аниона.

Исключением является электролиз солей карбоновых кислот. Таблица выше не описывает происходящее на аноде. Давайте рассмотрим, что же там происходит.

В результате электролиза водных растворов солей щелочных металлов карбоновых кислот происходит образование углеводородов вследствие рекомбинации углеводородных радикалов.

В общем виде электролиз солей карбоновых кислот можно записать так:

На катоде образуется газообразный водород, а на аноде — углекислый газ, углеводород, полученный удвоением радикала. В катодном пространстве накапливается щелочь.

В случае разделения катодного и анодного пространства углекислый газ реагирует со щелочью с образованием гидрокарбоната.

Применение электролиза

А теперь самое главное: зачем вообще нужен электролиз? Рассмотрим применение этого вида ОВР:

С помощью электролиза расплавов природных соединений в металлургической промышленности получают активные металлы (калий, натрий, бериллий, кальций, барий). С помощью электролиза растворов солей — цинк, кадмий, кобальт и другие.

В химической промышленности электролиз используют для получения фтора, хлора, водорода, кислорода, щелочей, бертолетовой соли и других веществ.

Электролиз с растворимым анодом используют для нанесения металлических покрытий (из хрома, золота, никеля, серебра), что предохраняет металлические изделия от коррозии и придает им декоративный вид.

Вопросы для самопроверки

Положительно заряженный электрод, к которому притягиваются положительно заряженные ионы.

Положительно заряженный электрод, к которому притягиваются отрицательно заряженные ионы.

Отрицательно заряженный электрод, к которому притягиваются положительно заряженные ионы.

Отрицательно заряженный электрод, к которому притягиваются отрицательно заряженные ионы.

ОВР с применением тока.

Реакция без изменения степеней окисления с применением тока.

ОВР с применением катализаторов.

3. Как заряжен анион?

Не имеет заряда.

4. Чем отличается электролиз раствора от электролиза расплава?

В расплаве плавится твердое.

Присутствием молекул воды и продуктов ее диссоциации.

5. Если металл стоит в ряду активности металлов между алюминием и водородом, что выделится на катоде?

Электролиз расплавов и растворов.
Практическое применение электролиза

Ключевые слова конспекта: Электролиз растворов и расплавов электролитов. Практическое применение электролиза. Гальванопластика. Гальваностегия. Рафинирование.

Понятие об электролизе

В растворах и расплавах электролитов в электрическом поле упорядоченно движутся ионы в направлении, которое определяет их заряд. Ионы, несущие положительный заряд, направляются к отрицательно заряженному катоду и называются катионами; отрицательные ионы движутся к положительно заряженному аноду и называются анионами. Ионы достигают поверхности электродов и разряжаются на них, изменяя свой заряд. Так происходит окислительно-восстановительная реакция, в результате которой образуются новые вещества.

Чем отличается электролиз от обычных окислительно-восстановительных реакций? Первое отличие очевидно: и окислителем, и восстановителем при электролизе является электрический ток. Второе отличие очень важно: процессы окисления и восстановления разделены в пространстве, так как они протекают не при контакте частиц друг с другом, а при соприкосновении с электродами электрической цепи.

Различают электролиз растворов и электролиз расплавов электролитов.

Электролиз расплавов электролитов

При расплавлении соединений с ионным видом связи (солей, щелочей) происходит их электролитическая диссоциация. Например, в расплаве хлорид натрия распадается на катионы натрия и хлорид-анионы: NaCl = Na + + Cl –

Если в расплав погрузить два электрода, движение ионов вместо хаотического становится направленным: под действием электрического поля катионы натрия устремляются к катоду, а анионы хлора — к аноду.

При соприкосновении с катодом ионы натрия принимают от него электроны и превращаются в атомы металла:
катод (–): Na + + ē —> Na 0 — восстановление

На аноде происходит окисление ионов хлора:
анод (+): 2Cl – – 2ē —> Сl₂ 0 — окисление

Суммарное уравнение электролиза расплава хлорида натрия можно отразить следующим образом:

Обратите внимание, что под действием электрического тока протекает окислительно–восстановительная реакция, которая самопроизвольно не происходит. Именно поэтому над стрелкой в уравнении реакции обязательно нужно указать условие протекания процесса — электролиз.

Для разделения продуктов, получающихся на катоде и аноде, необходима диафрагма. Например, электролиз расплава гидроксида натрия протекает согласно уравнению: NaOH = Na + + ОН –

катод (–): Na + + ē —> Na 0 — восстановление
анод (+): 4OН – – 4ē —> O₂ 0 + 2Н₂O — окисление

На катоде выделяется металлический натрий, на аноде — кислород и вода. Полупроницаемая диафрагма предохраняет щелочной металл от контакта с водой, разделяя катодное и анодное пространство.

Электролизом расплавов соединений в промышленности получают галогены, водород, кислород, а также активные металлы: щелочные, щёлочноземельные и алюминий. Именно электролизом знаменитый английский химик Гемфри Дэви (в честь которого была утверждена почётная награда — медаль Дэви) впервые получил калий, натрий, кальций и барий. За открытие фтора в 1906 г. французский химик Анри Муассан получил медаль Нобелевского лауреата.

Американский инженер Чарлз Холл в конце XIX в. открыл способ получения алюминия электролизом расплава глинозёмно-криолитной смеси (криолит понижал температуру плавления оксида алюминия). Затем в сотрудничестве с французским химиком Полем Эру он довёл до совершенства технологический процесс, который и лежит в основе современного производства алюминия. Сырьём для получения алюминия являются обезвоженные бокситы, или глинозём — оксид алюминия.

Электролиз растворов электролитов

Процесс протекает с участием молекул воды, которые в ряде случаев не остаются безразличными к электрическому заряду на электродах. Рассмотрим процессы, протекающие на катоде и аноде при электролизе растворов солей различных типов.

1. Электролиз бромида меди(II). При растворении в воде бромид меди(II) диссоциирует в соответствии с уравнением CuBr₂ = Сu 2+ + 2Вг –

Если в раствор этой соли поместить два электрода, соединённые с источником постоянного тока, к катоду устремятся катионы меди, а к аноду — бромид–анионы. На электродах начнут протекать окислительно–восстановительные реакции:

катод (–): Сu 2+ + 2ē —> Сu 0 — восстановление
анод (+): 2Вг – – 2ē —> Вг₂ 0 — окисление

1. Электролиз водного раствора хлорида натрия. Эта соль диссоциирует по уравнению NaCl = Na + + Сl –

Натрий — щелочной металл, поэтому на катоде восстанавливаются полярные молекулы воды:

Основными продуктами электролиза водного раствора хлорида натрия являются выделяющиеся на электродах водород и хлор, а в растворе образуется гидроксид натрия. Вместо катионов щелочных и щёлочноземельных металлов (например, бериллия, магния, алюминия, марганца) происходит восстановление воды с выделением на катоде газообразного водорода.

1. Электролиз раствора сульфата меди(II). В водном растворе данная соль легко диссоциирует: CuSO₄ = Cu 2+ + SO₄ 2–

На катоде будут восстанавливаться ионы меди Сu 2+ :
катод (–): Сu 2+ + 2ē —> Сu 0 — восстановление

К аноду устремляются отрицательно заряженные ионы SO₄ 2– . Однако на нём окисляются молекулы воды:
анод (+): 2H₂O – 4ē —> 4H + O₂ 0 — окисление

На катоде осаждается металлическая медь, на аноде выделяется кислород, а в прианодном пространстве накапливается серная кислота.

Анионы кислородсодержащих кислот (), а также фторид–анионы при электролизе водных растворов солей (и кислот) на аноде не окисляются. Вместо этого происходит окисление воды: 2Н₂O – 4ē —> 4H + + O₂ 0

1. Электролиз раствора соли, состоящей из катиона щелочного металла и аниона кислородсодержащей кислоты. Рассмотрим процесс на примере нитрата калия: KNO₃ = К + + NO₃ –
   Ни катион калия, ни нитрат–анион в присутствии воды не участвуют в окислительно–восстановительных процессах на электродах. Восстанавливается на катоде и окисляется на аноде вода.

Практическое применение электролиза

Основные направления промышленного применения электролиза:

• получение активных металлов (IA– и IIА–групп, а также алюминия);
• получение активных неметаллов (галогенов, водорода, кислорода);
• гальванопластика — получение металлических копий с металлического или неметаллического оригинала;
• гальваностегия — нанесение металлических или декоративных покрытий на изделия (главным образом металлические) — золочение, серебрение, никелирование, хромирование и др.;
• рафинирование — очистка от посторонних примесей цветных металлов.

Читайте также:

  
• Какими чертами характеризовался стиль рококо кратко
  
• Как определить время при равномерном движении тела б при неравномерном движении тела кратко
  
• Как изменяется температура воздуха в течении суток в течение года в зависимости от широты кратко
  
• Какие проблемы взаимоотношений религии и науки поднимает автор гараджа кратко
  
• Как воспитывали казака и казачку занятие в доу