Электролиз воды

Процесс электролиза – это окислительно-восстановительная реакция, которая возможна только под действием электричества. Электролиз протекает в расплавах и растворах. В лабораториях воду подвергают электролизу с получением чистых газов — водорода и кислорода.

Что такое электролиз

Для проведения процесса электролиза в раствор или расплав помещают два электрода, подключенные к противоположным полюсам источника тока. В качестве электродов чаще всего используют металл или графит, поскольку эти материалы передают электрический ток.

Под действием электричества электрод, соединенный с отрицательным полюсом, становится катодом, а электрод, соединенный с положительным полюсом, становится анодом. Катод и анод притягивают противоположные ионы: положительно заряженные катионы направлены к катоду, отрицательно заряженные анионы – к аноду.

Катод является окислителем; на нем происходит процесс восстановления катионов. На аноде происходит процесс окисления: анод восстанавливает анионы и окисляется.

Электролиз воды

Если пропустить электрический ток через воду, жидкость начнет диссоциировать на атомы, составляющие молекулу воды. В результате процесса электролиза воды получают кислород и водород. Однако в зависимости от природы электродов могут образовываться озон и перекись водорода.

Схема электролиза воды:

• анод:
  2H2O → O2 + 4H+ + 4e–;
• катод:
  4H+ + 4e– → 2H2.

Или:

• анод:
  3H2O → O3 + 6e- + 6H+;
• катод:
  O2 + 2H2O + 2e– → H2O2 + 2OH–.

Общее уравнение:

Вода является слабым электролитом, поэтому электролиз чистой дистиллированной воды протекает медленно или вообще не происходит. Чтобы ускорить процесс, в воду добавляют сильный электролит, повышающий проводимость электрического тока.

Электролит выбирают таким образом, чтобы исключить конкуренцию между катионами электролита и катионами воды (H+). В противном случае водород не будет производиться. Чтобы исключить конкуренцию, необходимо выбрать электролит, катионы которого будут иметь меньший электродный потенциал, чем H+ по отношению к воде. На роль катиона электролита подходят:

• Ли+;
• Рб+;
• К+;
• Cs+;
• Ва2+;
• Ср2+;
• Са2+;
• Na+;
• Мг2+.

Чтобы исключить конкуренцию между анионами, наоборот, выбирают электролит с анионами с более высоким электродным потенциалом, чем у аниона ОН-вода. В качестве такого электролита для образования гидроксильного иона OH– используется щелочь–.