Окислительно-восстановительная реакция, возникающая на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав, называется электролизом. Отдельно выделяют электролиз растворов и электролиз расплавов. Рассмотрим, как происходит этот процесс на металлургических заводах.

Суть процесса

Движущей силой электролиза является электричество. Под воздействием энергии электрического тока происходит химическая реакция, не протекающая самопроизвольно.

Процессы восстановления и окисления происходят раздельно, на разных электродах. В качестве электродов взяты все материалы, способные проводить электрический ток. Чаще всего это металлы. В качестве неметалла используют углерод и из него изготавливают графитовые стержни. В редких случаях в качестве электрода выступают жидкости.

В расплав помещены два противоположно заряженных электрода, навстречу которым движутся разнозаряженные ионы.

Положительно заряженные катионы, у которых число электронов меньше числа протонов, движутся к отрицательному полюсу электрода – катоду. В качестве катода используется металлическая пластина из меди, латуни, цинка или алюминия.

Анионы движутся к аноду – положительному полюсу. Это отрицательно заряженные ионы, в которых число электронов превышает количество протонов. В процессе электролиза анод окисляется, то есть растворяется. Поэтому в качестве анода используется материал, не влияющий на химический процесс. Такой анод называется инертным электродом. Подходящие материалы – графит, платина.

Электролиз расплавов

Рис. 1. Движение анионов и катионов при электролизе.

Электролиз растворов сложнее плавления. В растворе участвуют ионы вещества и ионы растворителя, в расплавах — только ионы вещества. Основным продуктом электролиза расплава является металл (всегда катион). Побочные продукты:

  • газ – кислород, водород, хлор;
  • жидкости – вода, оксид серы (VI), бром.

Электролиз расплавов

Рис. 2. Схема установки получения натрия электролизом.

На катоде происходит процесс восстановления, на аноде – процесс окисления.

Примеры

Рассмотрим схему электролиза на примере расплавов оксидов, оснований и солей, представленных в таблице.

Таять

Описание

Пример

Окись

– Восстановление металла на катоде: Men+ + ne– = Me0;

– окисление кислорода на аноде: О-2 – 2е– = О2

2К2О = 4К + О2

База

– Восстановление металла на катоде: Men+ + ne– = Me0;

– окисление кислорода в составе гидроксидной группы на аноде: 4OH– – 4e = 2H2O + O2

4NaOH = 4Na + 2H2O + O2↑ или NaOH → Na+ + OH–

Бескислородная соль

– Восстановление металла на катоде: Men+ + ne– = Me0;

– окисление бескислородного аниона на аноде: An- – ne– = A0

2NaBr = 2Na + Br2 или NaBr → Na+ + Br–

Кислородная соль

– Восстановление металла на катоде: Men+ + ne– = Me0;

– окисление аниона кислорода на аноде: 2AO2- – 4e– = 2AO2- + O2

2Na2SO4 = 4Na + 2SO3↑ + O2↑ или Na2SO4 → 2Na+ + SO42-

Электролиз является промышленным способом получения металлов, нанесения металлического покрытия, воспроизведения формы предметов.

Электролиз расплавов

Рис. 3. Схема нанесения гальванического покрытия.

Что мы узнали?

Электролиз – это окислительно-восстановительный процесс с участием электрического тока. В расплавах исходный материал разделяется с помощью электричества на катионы и анионы металлов. Положительно заряженные катионы стремятся к катоду – отрицательно заряженному электроду. Анионы – отрицательно заряженные ионы – оседают на положительно заряженном аноде. Поэтому восстановление происходит на катоде, а окисление – на аноде. С помощью плавильного электролиза получают металлы, наносят металлические покрытия и воспроизводят форму предметов.