Задача 590. 
Составить схемы электролиза водного раствора хлорида цинка, если: а) анод цинковый; б) анод угольный.
Решение:
ZnCl2 ⇔ Zn2+ + 2Cl-
Стандартный электродный потенциал системы Zn2+ + 2электрон  =  Zn0 (-0,76В) 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 цинка Zn2+, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство). 

На аноде будет происходить электрохимическое окисление цинка – материала анода, поскольку, отвечающий системе Zn0 + 2электрон   Zn2+  (-0,76В) значительно ниже 2Cl- - 2электрон   ⇔ Cl2 (+1,36В). Ионы хлора, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Таким образом, на аноде будет происходить растворение цинка - материал анода, а на катоде – выделение газообразного водорода. В анодном пространстае будет накапливаться хлорид цинка, а в катодном пространстве ионы цинка, соединяясь с гидроксид-ионами, образуют малорастворимое соединение Zn(OH)2.

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

2H2O + Zn  H2↑ +  2OH- + Zn2+
              катод             анод

Таким образом, при электролизе ZnCl2 с никелевым анодом на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в осадок выпадает гидроксид цинка, на аноде будет происходить растворение материала анода (цинк) и будут накапливаться ионы цинка и хлорид-ионы.

б) При электролизе ZnCl2 с угольным анодом будут происходить следующие процессы: 

на катоде: 2H2O + 2электрон   H2↑ + 2ОH-
на аноде:  2Cl- - 2электрон   Cl2

хотя стандартный электродный потенциал системы 2H2O - 4электрон   O2↑ + 4Н+ и  2Cl- - 2электрон   Cl2, соответственно, равны 1,23В и 1,36В. Объясняется это тем, что происходит перенапряжение системы на аноде.

Таким образом, при электролизе раствора хлорида цинка с угольным электродом на катоде будет будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в катодном пространстве будет выпадать осадок гидроксида цинка, а на аноде будет наблюдаться выделение газообразного хлора.


Задача 691.
Составить схемы электролиза водного раствора сульфата меди, если: а) анод медный; б) анод угольный.
Решение:
CaSO4  Ca2+ + SO42-
Стандартный электродный потенциал системы Cu2+ + 2электрон   Cu0 (+0,34В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов меди:

Cu2+ + 2электрон  Cu0

На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди – материала анода, поскольку, отвечающий системе Cu2+ - 2электрон  Cu  (+0,34В) значительно ниже 2SO42- + 2электрон  S2O82-  (+2,01В). Ионы  SO42-, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Таким образом, на аноде будет происходить растворение меди - материал анода, а на катоде – выделение газообразного водорода. В анодном пространстае будет накапливаться сульфат меди, а в катодном пространстве ионы меди, соединяясь с гидроксид-ионами, образуют малорастворимое соединение Cu(OH)2.

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

                                                                                                       2Cu0  +  Cu2+ = Cu2+ + Cu0
                                                                                                       катод       анод
 

Таким образом, при электролизе CuSO4 на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в осадок выпадает гидроксид меди, на аноде будет происходить растворение материала анода (медь) и будут накапливаться ионы меди и сульфат-ионы.

б) При электролизе CuSO4 с угольным анодом будут происходить следующие процессы: 

так как стандартный электродный потенциал системы  2H2O - 4электрон  O2↑ + 4OH- и  2SO42- + 2электрон  S2O82-, соответственно, равны 1,23В и 2,01В. 

на катоде: Cu2+ + 2электрон  ⇔    Cu0
на аноде:  2H2O - 4электрон  O2↑ + 4Н+.

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

2H2O + Cu  H2↑ +  2OH- + Cu
                     катод           анод

 

Таким образом, при электролизе раствора сульфата меди с угольным анодом на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода, и в катодном пространстве будет выпадать осадок гидроксида меди, а на аноде будет наблюдаться выделение газообразно-го кислорода и будет накапливаться серная кислота.