Составить уравнения процессов, протекающих при электролизе расплавов NaOH и NiCl2


Задача 686. 
Составить уравнения процессов, протекающих при электролизе расплавов NaOH и NiCl2 с инертными электродами.
Решение:
а) В расплаве едкого натра содержатся ионы Na+ и OH-: NaOH ⇔ Na+ + OH-. Ионы натрия восстанавливаются на катоде: NaOH ⇔ Na+ + OH-.
На аноде ионы ОН- окисляются с образованием воды и кислорода: 2ОН- - 2электрон ⇔Н2О + О. Два атома кислорода, соединяясь друг с другом, образуют молекулу: О + О = О2. Таким образом, процесс окисления ионов ОН- можно выразить уравнением:

4ОН- - 4электрон ⇔ 2Н2О + О2

Умножив уравнение катодного процесса на четыре, и сложив его с анодным процессом, получим: 

4Na+ + 4OH-    4Na    +   H2O + O2
                  у катода           у анода

Процесс в целом можно выразить уравнением: 

4NaOH    4Na   +   H2O + O2

Таким образом, при электролизе расплава едкого натра у катода выделяется металлический натрий, а у анода – газообразный кислород и вода. 

б) В расплаве соли NiCl2 находятся ионы Ni2+ и Cl-:  NiCl2  Ni2+ + 2Cl-. Образующиеся ионы никеля восстанавливаются на катоде с образованием металлического никеля:

Ni2+ + 2электрон = Ni0

На аноде будет происходить электролитическое окисление ионов хлора с образованием свободных атомов хлора, которые соединяясь друг с другом, образуют молекулу хлора:

2Cl- - 2электрон =  2Cl*
Cl* + Cl* = Cl2 

Сложив уравнения катодного и анодного процессов, получим суммарное уравнение процесса:

Ni2+ + 2Cl-   =  Ni   +    Cl2
                      у катода   у анода

Таким образом, при электролизе расплава соли хлорида никеля (II) на катоде выделяется металлический никель, а на аноде – газообразный хлор.


Задача 687.
Составить схемы электролиза водных растворов Н2SO4, CuCl2, Pb(NO3)2 с платиновыми электродами.
Решение:
а) Н2SO4. Стандартный потенциал системы 2Н+ + 2электрон  = Н2 равен 0,000В, что значительно выше, чем в нейтральной среде. Поэтому на катоде будет происходить восстановление воды, сопровождающееся выделением газообразного водорода:

2О + 2электрон = Н2 + 2ОН-,

поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (1,23В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (2,01В), характеризующий систему  2SO42- - 2электрон  = S2O82-. Ионы  SO42-, движущиеся при электролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Умножая уравнение катодного процесса на два и складывая его с уравнением анодного процесса, получаем суммарное уравнение реакции электролиза серной кислоты:

6H2 2H2 + 4H+ + 4OH- +    O2 + 2H2SO4
                    у катода              у анода 

Таким образом, одновременно с выделением водорода у катода и кислорода у анода образуется вода (катодное пространство) и серная кислота (анодное пространство). После приведения членов в обеих частях равенства получим:  

2H2O - 4электрон  = 2H2  +       O2↑ + 4H+
               
у катода              у анода

Вывод: При электролизе раствора серной кислоты происходит разложение воды на катоде и аноде, в результате чего происходит выделение водорода (в катодном пространстве) и кислорода (в анодном пространстве), а серная кислота остаётся без изменения.

б) Рb(NO3)2 – соль средней активности металла и кислородсодержащей кислоты. Стандартный электродный потенциал электрохимической системы  Pb2+ + 2электрон  = Pb0 (-0,13В) положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В) незначительно. Поэтому на катоде будет выделяться свинец
потенциал0(2H+/H2) > потенциал0(Pb2+/Pb)):

Pb2+ + 2электрон  = Pb0

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к  выделению кислорода:

Ионы NO3-, движущиеся при гидролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Умножим уравнение катодного процесса на два и сложим его с уравнением анодного процесса, получим суммарное уравнение:

2Pb2+ + 2H2O  =  2Pb   +    O2  + 4H+
                   у катода     у анода

Приняв во внимание, что одновременно происходит накопление ионов NO3- в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей форме:

2H2O + 2Pb(NO3)2  =  2Pb   +  O2 + 4H+ + 4NO3

Молекулярная форма процесса:

2H2O + 2Pb(NO3)2  =  2Pb   +  O2 + 4HNO3

Таким образом, одновременно с выделением свинца (катод) и газообразного кислорода (анод), образуется азотная кислота (анодное пространство).