Процессы на аноде

Для электролиза используют растворимые (активные) и нерастворимые (инертные) аноды. Во время электролиза растворимые аноды растворяются и ионы металла – анода переходят в раствор. Обычно растворимые аноды изготавливаются из того металла, соль которого подвергается электролизу.

Нерастворимые аноды в окислительно-восстановительных реакциях не участвуют. Обычно это аноды из графита, золота, платины. Первыми на аноде окисляются частицы с меньшим электродным потенциалом. Это, как правило, ионы не содержащие кислорода, такие как J^- , Br^- , Cl^- , S^2- и др. (исключение F^-)

Кислородсодержащие кислотные остатки на аноде в водных растворах не окисляются, так как имеют очень высокий электродный потенциал. Вместо них окисляются молекулы воды:

2H₂О - 4e^- = O₂ +4H⁺ (рH<=7)- нейтральная среда

4OH^- - 4e^- = 2H₂O + O₂ (рH>7)- щелочная среда

Рассмотрим несколько случаев электролиза водных растворов.

Пример 1:

Схема электролиза водного раствора хлорида меди с инертным анодом

CuCl₂ = Cu²⁺ +2Cl^-

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

катод(-) Cu²⁺, H⁺(H₂O) Cl^-, OH^- (H₂O) (+)анод

Cu²⁺ + 2e^- = Cu⁰ 2Cl^- - 2e^- = Cl₂

Суммарное уравнение процесса: CuCl₂→ Cu⁰ + Cl₂

У меди потенциал больше нуля (е◦_Cu/Cu²⁺ = +0,34В), поэтому на катоде восстанавливается металл, на аноде окисляется безкислородный кислотный остаток.

Пример 2:

Схема электролиза раствора сульфата калия с инертным анодом.

K₂SO₄ = 2K⁺ + SO₄^2-

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

катод(-) 2K⁺,H⁺(H₂O) SО₄^2-, OH(H₂O) (+)анод

2H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^- 2H₂O – 4e^- = O₂ + 4H⁺

Домножим катодный процесс на 2, чтобы уравнять количество электронов катодного и анодного процесса, суммируем уравнения и получим: 4H₂O+2H₂O = 2H₂+4OH^- + O₂ + 4H⁺

6 H₂O = 2H₂+ O₂ + 4H₂O(4OH^- + 4H⁺),

2H₂O = 2H₂+ O₂

Так как калий в ряду стандартных электродных потенциалов стоит значительно раньше водорода, то на катоде идет восстановление водорода из воды и накопление ионов ОН^-

У анода будет идти окисление молекул воды вместо кислородсодержащего кислотного остатка и накопление ионов Н⁺. Таким образом, в катодном пространстве вторичным продуктом будет щелочь, а в анодном – кислота.

Пример 3:

Электролиз водного раствора сульфата никеля с никелевым (активным) анодом.

NiSO₄ = Ni²⁺ + SO₄^2-

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

катод(-) Ni²⁺, H⁺(H₂O) SO₄^2- , OH^-(H₂O) (+)анод

Ni²⁺ +2e^- = Ni⁰ Ni – 2e^- = Ni²⁺

e◦_Ni/Ni²⁺ = -0,25B - больше потенциала восстановления ионов водорода из воды (2H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^-, e◦ _{2H2O/ H2 + 2OH}^- = -0,41В) , поэтому восстанавливается никель, а на аноде происходит окисление металла анода, так как потенциал никеля намного меньше потенциала окисления воды (е◦_{2H2O/O2 + 4H}⁺ = +1,23В) и потенциала кислородсодержащего кислотного остатка SO₄^2-.