Электрохимия
Электрохимия про то, как химическая реакция дает ток и как ток заставляет идти реакцию. Первое — гальванический элемент, второе — электролиз.
Окисление и восстановление
- Окисление — отдача электронов, идет на аноде. Восстановление — присоединение, идет на катоде.
- Окислитель принимает электроны и сам восстанавливается, восстановитель отдает и окисляется.
- Электроны в уравнении должны сойтись: сколько отдано, столько и принято.
Гальванический элемент
- Более активный металл становится анодом и растворяется, менее активный — катодом.
- Анод в гальваническом элементе отрицательный, катод положительный.
- ЭДС элемента = потенциал катода − потенциал анода.
- Именно так работает батарейка: энергия реакции превращается в электрическую.
Электролиз
Здесь знаки обратные: анод положительный, катод отрицательный, а реакция идет за счет внешнего тока.
- На катоде из раствора активные металлы (до алюминия включительно) не восстанавливаются — вместо них выделяется водород.
- На аноде из раствора бескислородные остатки (Cl⁻, Br⁻) окисляются сами, а кислородсодержащие (SO₄²⁻, NO₃⁻) — нет, вместо них выделяется кислород.
- Закон Фарадея: m = M·I·t/(n·F), где F ≈ 96500 Кл/моль.
Разобранный пример
Что выделяется на электродах при электролизе водного раствора хлорида натрия?
- Натрий — активный металл, из раствора он не восстанавливается.
- На катоде вместо него восстанавливается вода: выделяется водород.
- Хлорид-ион бескислородный, значит на аноде окисляется он сам: выделяется хлор.
- В растворе остается щелочь NaOH.
Водород на катоде, хлор на аноде, щелочь в растворе. Так в промышленности и получают хлор и едкий натр.
Что помнить
- Окисление всегда на аноде, восстановление на катоде.
- Знаки электродов в элементе и при электролизе противоположны.
- Активные металлы из раствора не восстанавливаются.
- Массу продукта электролиза считают по закону Фарадея.