Выделение водорода на катоде
Водород на катоде выделяется тогда, когда в процессе электролиза раствора восстанавливаются ионы водорода \(\mathrm{H^+}\) или молекулы воды. Выбор зависит от состава раствора и активности катиона металла.
Условия восстановления
Сначала определяют частицы, которые могут восстанавливаться на катоде. В кислой среде обычно восстанавливаются ионы водорода. В нейтральной или щелочной среде источником водорода чаще служит вода. Если в растворе есть катион малоактивного металла, например \(\mathrm{Cu^{2+}}\) или \(\mathrm{Ag^+}\), он может разряжаться вместо воды, и на катоде выделяется металл.
Катионы активных металлов, расположенных в ряду активности левее водорода, в водных растворах обычно не восстанавливаются: вместо них восстанавливается вода. Поэтому при электролизе растворов солей натрия, калия, кальция и других активных металлов на катоде выделяется водород. Подробное правило относится к восстановлению воды на катоде, а общую последовательность действий см. в статье о катоде при электролизе.
При электролизе водного раствора \(\mathrm{NaCl}\) катион \(\mathrm{Na^+}\) не восстанавливается. Восстанавливается вода: \(2\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow \mathrm{H_2}+2\mathrm{OH^-}\). Значит, на катоде выделяется водород.
На катоде водород не «окисляется», а восстанавливается: степень окисления водорода уменьшается от \(+1\) в воде или ионе \(\mathrm{H^+}\) до \(0\) в молекуле \(\mathrm{H_2}\). Сам катод является местом восстановления, но не обязательно участником реакции.
Что выделится на катоде при электролизе водного раствора \(\mathrm{KNO_3}\)?
Главное
- На катоде всегда идёт восстановление — присоединение электронов.
- Водород образуется из \(\mathrm{H^+}\) в кислой среде или из воды в нейтральной и щелочной среде.
- Катионы активных металлов обычно не разряжаются в воде; катионы малоактивных металлов могут восстанавливаться с выделением металла.