1.
Электролиз. Процессы, протекающие при электролизе расплавов
Теория
Электролиз — это окислительно-восстановительная реакция, происходящая в растворе или расплаве электролита под действием постоянного электрического тока.
Слово «электролиз» обозначает разложение электрическим током.
Для проведения электролиза нужны источник постоянного тока и сосуд, в котором находится расплав или раствор электролита. В жидкость помещают два электрода: положительный (анод) и отрицательный (катод).
Рис. \(1\). Электролизер — устройство для электролиза
В растворе или расплаве электролит распадается на ионы. В электрическом поле положительные ионы (катионы) перемещаются к катоду, присоединяют электроны и восстанавливаются. Отрицательные ионы (анионы) движутся к аноду и там отдают электроны, т. е. окисляются.
На катоде происходит восстановление, а на аноде — окисление.
Состав продуктов электролиза зависит от состава исходного вещества, а также от того, в каком виде оно подвергается электролизу — в виде расплава или водного раствора.
Электролиз расплавов
Рассмотрим процессы, происходящие при электролизе расплавов солей и оксидов. При переходе в жидкое состояние электролиты диссоциируют с образованием положительных и отрицательных ионов.
Пример:
Электролиз расплава хлорида натрия
В расплавленном состоянии соль распадается на ионы:
Ионы движутся к противоположным электродам и разряжаются на них.
На катоде катионы принимают электроны и восстанавливаются:
На аноде анионы отдают электроны и окисляются:
Суммарное уравнение: На катоде выделяется натрий, а на аноде — газообразный хлор.
Рис. \(2\). Электролиз расплава хлорида натрия
При электролизе солей кислородсодержащих кислот на аноде происходят более сложные процессы.
Пример:
Электролиз расплава карбоната калия
Карбонат калия диссоциирует на катионы калия и карбонат-ионы:
На катоде происходит восстановление катионов калия:
На аноде окисляется кислород из карбонат-иона (углерод здесь находится в высшей степени окисления и больше окисляться не может):
Суммарное уравнение: На катоде образуется калий, а на аноде выделяется смесь углекислого газа и кислорода.
Пример:
Электролиз расплава оксида алюминия
Этот процесс используют для промышленного получения алюминия. Электролизу подвергают раствор оксида алюминия в расплавленном криолите .
Оксид распадается на ионы:
На катоде происходит восстановление алюминия:
На аноде окисляется кислород:
Суммарное уравнение:
Источники:
Рис. 1. Электролизер — устройство для электролиза, https://image.shutterstock.com/image-vector/electrolysis-process-260nw-397197514.jpg. Дата обращения: 27.01.2023.
Рис. 2. Электролиз расплава хлорида натрия, https://image.shutterstock.com/image-vector/molten-mass-electrolysis-nacl-sodium-600w-346239218.jpg. Дата обращения: 27.01.2023.