Электролиз растворов щелочей
Электролиз раствора щёлочи — это процесс, при котором на катоде из воды выделяется водород, а на аноде вода окисляется до кислорода. Щёлочь, например \(\mathrm{NaOH}\) немесе \(\mathrm{KOH}\), повышает электропроводность раствора и в суммарной реакции не расходуется.
На катоде, куда поступают электроны, протекает восстановление воды на катоде. Вода принимает электроны и образует водород и гидроксид-ионы. Поэтому в прикатодном слое увеличивается концентрация \(\mathrm{OH^-}\).
На аноде идёт окисление воды на аноде. В щелочной среде это удобно записывать как окисление гидроксид-ионов: они отдают электроны, превращаясь в кислород и воду.
При сложении полуреакций электроны и одинаковые частицы сокращаются. Получается суммарное разложение воды; ионы щёлочи в уравнение не входят. Это частный случай электролиза растворов.
При электролизе водного раствора \(\mathrm{KOH}\) на катоде выделяется \(\mathrm{H_2}\), а на аноде — \(\mathrm{O_2}\). По уравнению реакции объём водорода при одинаковых условиях примерно в два раза больше объёма кислорода: \(V(\mathrm{H_2}):V(\mathrm{O_2})=2:1\).
Щёлочь не является источником водорода и кислорода в этой реакции: разлагается вода. Ионы \(\mathrm{Na^+}\) и \(\mathrm{K^+}\) на катоде обычно не восстанавливаются, поэтому не образуются металлические натрий или калий.
Какая частица восстанавливается на катоде при электролизе раствора \(\mathrm{NaOH}\)?
Главное
- На катоде: \(2\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow\mathrm{H_2}+2\mathrm{OH^-}\); выделяется водород.
- На аноде: \(4\mathrm{OH^-}\rightarrow\mathrm{O_2}+2\mathrm{H_2O}+4e^-\); выделяется кислород.
- Щёлочь повышает электропроводность, а суммарно разлагается вода: \(2\mathrm{H_2O}\rightarrow2\mathrm{H_2}+\mathrm{O_2}\).