Уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов солей

Задача 688.
Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов ВаСI2 и РbNO3)2 с угольными электродами.
Решение:
ВаСI2 – соль активного металла и кислородной кислоты. Стандартный электродный потенциал системы  
Ba2+ = 2электрон  Ba(-2,90В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением газообразного водорода:

2H2O + 2электрон  ⇔ H2 + 2ОH-

На аноде будет происходить электрохимическое окисление хлора, стандартный потеннциал которого (+1,36В) выше, чем воды (+1,23В). Хлор будет окисляться, потому что наблюдается значительное перенапряжение процесса окисления воды, материал анода оказывает тормозящее воздействие на его протекание:

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

Сложив уравнения катодного и анодного процессов, получим суммарное уравнение:

2H2O = 2Cl-   H2  + 2OH-  + Cl2
                      у катода           у анода

2H2O + BaCl2  H2  +   Ba(OH)2  + Cl2
                   у катода         у анода

 

Таким образом, одновременно с выделением газообразного водорода (катод) и газообразного хлора (анод), образуется гидроксид бария (катодное пространство).

б) Рb(NO3)2 – соль средней активности металла и кислородной кислоты, которая в водном растворе диссоциирует по схеме:

Рb(NO3)2  Pb2+ + 2NO3-

Стандартный электродный потенциал электрохимической системы Pb2+/Pb (-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:

2H2O - 4электрон  = O2↑ +  4H+

Ионы  MO3-, 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).


Задача 689.
Написать уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водных растворов FeCl3 и Са(NO3)2 с инертным анодом.
Решение:
а) В водном растворе соль FeCl3 диссоциирует по схеме:  FeCl3  Fe3+ + 3Cl-. Стандартный электродный потенциал системы  Fe3+ + 3электрон  = Fe0 (-0,04В) положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов  Fe3+:

Fe3+ + 3электрон = Fe0 

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

Сложим, предварительно умножив уравнение катодного процесса на два и на три уравнения анодного процессов, получим суммарное уравнение:

2Fe3+ + 6Cl- = 2Fe + 3Cl2 

Молекулярная форма процесса:

2FeCl3  = 2Fe   +    3Cl2
          катод        анод

При гидролизе FeCl3 в водном растворе с инертными электродами образуются металлическое железо, и выделяется газообразный хлор.

б) Са(NO3)2 в водном растворе диссоциирует по схеме:

Са(NO3)2 = Са2+ 2NO3-

Стандартный электродный потенциал системы  Ca2+ + 2электрон  = Ca (-2,87В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением газообразного водорода:

2H2O + 2электрон   H2 + 2ОH-,

а ионы кальция Са2+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство). На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

2H2O - 4электрон   O2↑ + 4ОH-

ионы NO3- на аноде разряжаться не будут, а будут накапливаться в анодном пространстве.

Умножив уравнение катодного процесса на два, и сложив, его с уравнением анодного процесса получим суммарное уравнение электролиза:

6H2O = 2H2 + 4OH- + O2 + 4H
          у катода              у анода

Приняв во внимание, что одновременно происходить накопление ионов кальция в катодном пространстве и нитрат-ионов в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей форме:

6H2O + 2Са(NO3)2 = 2H2 + 2Ca2+ + 4OH- + O2 + 4H+ + 4NO3
                             у катода                           у анода

Молекулярная реакция после приведения членов, получим:

6H2O + 2Са(NO3)2 = 2H2 + 2Ca(OH)2 + O2 + 4HNO3

Таким образом, одновременно с выделением водорода и кислорода образуется гидроксид кальция (в катодном пространстве) и азотная кислота (в анодном пространстве).