Пример 1. Составьте электронные уравнения процессов, протекающих на электродах при электролизе раствора и расплава хлорида магния

Составьте электронные уравнения процессов, протекающих на электродах при электролизе раствора и расплава хлорида магния.

Решение.

Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании электрического тока через раствор или расплав электролита. Процесс электролиза показывают в виде схемы, которая учитывает диссоциацию электролита, окисление на аноде, восстановление на катоде и образующиеся продукты.

Напишем схему электролиза расплава хлорида магния:

 

MgCl2 D Mg2+ + 2Cl,

 

катод (-); Mg2+; Mg2+ + 2 = Mg0 – восстановление,

анод (+); 2Cl; 2Cl - 2 = Cl – окисление.

 

При электролизе водных растворов солей нужно учитывать и электролиз молекул воды. Так, на катоде можно ожидать восстановление не только катионов металла, но и ионов водорода по схеме:

 

1. Mn+ + n = M0. (1)

 

2. 2H+ + 2 = 2H0; 2H0 ® H .

(2Н2О + 2 = Н + 2ОН) (2)

 

Из этих конкурирующих процессов протекает тот, который выгоднее энергетически и для которого больше алгебраическое значение потенциала. Величина потенциала восстановления ионов водорода в нейтральном растворе равна
(– 0,41 В). Металлы, стоящие в ряду напряжений за водородом, восстанавливаются прежде, чем водород. Если значение потенциала металла намного меньше, чем (– 0,41 В), на катоде восстанавливается водород. Это – металлы, стоящие в начале ряда напряжений до алюминия включительно. Они из водных растворов не восстанавливаются. Если потенциал металла близок к (– 0,41 В), то возможно одновременное протекание (1) и (2) процессов (по ряду напряжений - это металлы от алюминия до водорода).

На аноде, если имеется несколько конкурирующих процессов, окисление протекает в последовательности:

Анионы бескислородных кислот (кроме F), например,

 

An– - n = А0.

 

2. Электрохимическое окисление воды по схеме

 

2H2O - 4 = O2 + 4H+.

 

3. При очень высоких потенциалах разложения и из расплавов возможно окисление остатков кислородсодержащих кислот, например,

 

4NO - 4 =2N2O5 + O2; 2SO - 2 = 2SO3 + O2.

 

Напишем схему электролиза раствора хлорида магния:

 

MgCl2 D Mg2+ + 2Cl,

H2O D H+ + OH.

 

катод (-); Mg2+; H+; 2H+ + 2 = H2 – восстановление,

анод (+); OH; Cl; 2Cl - 2 = 2Cl0 ® Cl – окисление,

в растворе - Mg2+ + 2OH = Mg(OH)2.