Материал: Концентрация растворов

Суммарное уравнение реакции:

Пример 9. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде при электролизе раствора фосфата натрия. При этом в качестве материала катода используйте медь, анода – графит.

Решение:

Катодный процесс не зависит от материала катода и определяется только активностью (потенциалом) металла, ионы которого находятся в растворе. Фосфат натрия диссоциирует в растворе с образованием ионов натрия и фосфат-ионов:

Na3PO4 3Na+ + PO43-

На катоде при электролизе водных растворов могут восстанавливаться ионы только тех металлов, потенциал которых больше или равен потенциалу марганца (–1,05 В). Стандартный потенциал натрия меньше этой величины:

Е0(Na+/Na0) = −2,71 В (см. прил. 2).

Поэтому на катоде будет восстанавливаться водород, входящий в состав воды:

Катод (–): 2Н2О + 2ē = H2 + 2OH−

Анодный процесс в первую очередь определяется материалом анода. Графит – инертный материал, не принимающий участия в анодном процессе.

При использовании инертных материалов анодный процесс будет зависеть от природы анионов (отрицательных ионов), присутствующих в растворе. В данном растворе нет анионов, не содержащих кислород (Cl−, Br−, I−, S2−), которые легко могут окисляться на аноде. Кислородсодержащие анионы, в данном случае PO43-, в анодных процессах, как правило, не участвуют.

Значит, на аноде будет происходить окисление кислорода, входящего в состав воды:

Анод (+): 2H2O − 4ē = O2 + 4H+

46

Как видим, ни в катодном, ни в анодном процессе ионы соли не участвуют, то есть в данном случае происходит только электролиз воды. Суммарное уравнение реакции:

Пример 10. Напишите уравнения катодного и анодного процессов, протекающих при электролизе раствора соляной кислоты. При этом в качестве материала катода и анода используйте медь.

Решение:

Катодный процесс не зависит от материала катода и определяется только природой катионов, имеющихся в растворе.

Соляная кислота диссоциирует с образованием катионов водорода и анионов хлора:

HCl H+ + Cl–

В общем случае на катоде возможно восстановление или ионов металла, или ионов водорода. В данном случае в растворе нет никаких ионов металла. Поэтому единственно возможным процессом является восстановление ионов водорода:

Катод (–): 2H+ + 2ē = H2

Анодный процесс в первую очередь определяется материалом анода. Медь не относится к инертным металлам. Медный анод – растворимый анод. Поэтому, независимо от природы анионов, имеющихся в растворе, на аноде будет происходить растворение металла, из которого сделан анод (то есть меди):

Анод (+): Cu0 - 2 ē = Cu2+

Суммарное уравнение реакции:

47

Пример 11. Напишите уравнения катодного и анодного процессов, протекающих при электролизе раствора сульфата никеля. При этом в качестве материала катода используйте медь, анода – никель.

Решение:

Катодный процесс не зависит от материала катода и определяется только активностью (потенциалом) металла, ионы которого находятся в растворе. Сульфат никеля диссоциирует в растворе с образованием ионов никеля и сульфат-ионов:

Никель в ряду активности находится справа от марганца и его потенциал больше, чем потенциал марганца (–1,05 В):

Е0(Ni2+/Ni0) = −0,25 В (см. прил. 2).

Значит, на катоде будет происходить процесс восстановления ионов никеля:

Катод (−): Ni2+ +2ē = Ni0

Анодный процесс в первую очередь определяется материалом анода. Никель не относится к инертным металлам. Никелевый анод

– растворимый анод. Поэтому, независимо от природы анионов, имеющихся в растворе, на аноде будет происходить растворение металла, из которого сделан анод (то есть никеля).

Анод (+): Ni0 − 2 ē = Ni2+

Как видим, на аноде никель переходит в раствор, а на катоде – выделяется из раствора. При этом изменения состава раствора не происходит. Процессы такого рода часто используют при нанесении различных гальванических покрытий.

48

Приложение 1

49