Электролиз расплавов (скачать pdf)

Напомним, что на катоде происходит восстановление катионов, а на аноде – окисление анионов. В электролизе расплавов вода отсутствует, следовательно, любые (даже активные) металлы могут быть восстановлены на катоде. В случае кислородсодержащих кислотных остатков необходимо следовать следующему правилу: атомы кислорода окисляются до простого вещества и выделяется оксид неметалла.

1. Соли:

CuCl2
Расписываем диссоциацию на ионы:
CuCl2 → Cu²⁺ + 2Cl^–.

Расписываем процессы, происходящие на катоде и аноде. Так как воды нет, любой металл будет восстанавливаться на катоде:
К: Cu²⁺ + 2e → Cu⁰
A: 2Cl^– – 2e → Cl2.

Пишем суммарное уравнение:
CuCl2 → Cu + Cl2.

Na2SO4
Расписываем диссоциацию на ионы:
Na2SO4 → 2Na⁺ + SO4^2–.

Расписываем процессы, происходящие на катоде и аноде. В данном случае сера находится в степени окисления +6, т.е. окислить ее уже нельзя, следовательно, окисляем кислород до простого вещества. Сера переходит в оксид с той же степенью окисления:

К: Na⁺ + 1e → Na⁰
A: 2SO4^2– – 4e → O2⁰ + 2SO3.

Анодный процесс по шагам:
1) сначала пишем окисление кислорода до простого вещества и SO3:
SO4^2– → O2⁰ + SO3
2) Далее расставляем коэффициенты:
2SO4^2– → O2⁰ + 2SO3
3) Уравниваем электроны: в левой части заряд 4– (так как заряд сульфат-иона 2– и их два), в правой – заряд 0, так как ионов нет. Следовательно, из левой части мы должны отнять 4 электрона, тем самым делая заряд 0 в обеих частях уравнения:
2SO4^2– – 4e → O2⁰ + 2SO3.

Сравниваем катодный и анодный процессы: количество принимаемых и отдаваемых электронов должно быть одинаковым. Следовательно, все коэффициенты катодного процесса необходимо умножить на 4:

К: 4Na⁺ + 4e → 4Na⁰
A: 2SO4^2– – 4e → O2⁰ + 2SO3

Теперь складываем левые и правые части катодного и анодного процессов:
2Na2SO4 → 4Na⁰ + O2⁰ + 2SO3.

2. Щелочи:

KOH

Расписываем диссоциацию на ионы:
KOH → K⁺ + OH^–

Расписываем процессы, происходящие на катоде и аноде:
К: K⁺ +1e → K⁰
A: 4OH^– – 4e → O2⁰ + 2H2O.

Анодный процесс по шагам:
1) Понимаем, что окисляться будет кислород до простого вещества (водород уже имеет степень окисления +1 и далее не может быть окислен). Также будет выделение воды – почему? Потому что больше ничего написать и не получится: 1) H⁺ написать не можем, так как OH^– и H⁺ не могут стоять по разные стороны одного уравнения; 2) H2 написать также не можем, так как это был бы процесс восстановления водорода (2H⁺ +2e → H2), а на аноде протекают только процессы окисления.
OH^–  → O2⁰ + H2O
2) Расставляем коэффициенты:
4OH^–  → O2⁰ + 2H2O
3) Уравниваем число электронов в левой и правой частях уравнения:
4OH^– – 4e → O2⁰ + 2H2O
Вычитаем 4e, так как в левой части присутствуют 4 отрицательных заряда, а в правой части ионов нет. В итоге получаем заряд 0 в обеих частях уравнения.

Далее уравниваем число принимаемых и отдаваемых электронов на катоде и аноде (все коэффициенты катодного уравнения умножаем на 4):

К: 4K⁺ + 4e → 4K⁰
A: 4OH^– – 4e → O2⁰ + 2H2O.

Теперь складываем левые и правые части катодного и анодного процессов:

4KOH → 4K⁰ + O2⁰ + 2H2O.