Elektrolýza, příprava na Jednotnou státní zkoušku z chemie

Elektrolýza (řecky elektron – jantar + lýza – rozklad) je chemická reakce, ke které dochází při průchodu stejnosměrného proudu elektrolytem. Jedná se o rozklad látek na jejich složky působením elektrického proudu.

Proces elektrolýzy zahrnuje pohyb kationtů (kladně nabité ionty) ke katodě (záporně nabité) a záporně nabitých iontů (aniontů) k anodě (kladně nabité).

Anionty a kationty tedy spěchají k anodě a katodě. Zde probíhá chemická reakce. Pro úspěšné řešení úloh na toto téma a psaní reakcí je nutné oddělit procesy na katodě a anodě. Přesně tak bude tento článek strukturován.

Katoda

Ke katodě jsou přitahovány kationty – kladně nabité ionty: Na +, K +, Cu 2+, Fe 3+, Ag + atd.

Chcete-li zjistit, jaká reakce probíhá na katodě, musíte nejprve určit aktivitu kovu: jeho polohu v elektrochemické řadě napětí kovu.

Pokud se na katodě objeví aktivní kov (Li, Na, K), pak se místo toho redukují molekuly vody, ze kterých se uvolňuje vodík. Pokud je kov střední aktivity (Cr, Fe, Cd), uvolňuje se na katodě jak vodík, tak samotný kov. Nízko aktivní kovy se na katodě uvolňují v čisté formě (Cu, Ag).

Dovolte mi poznamenat, že za hranici mezi aktivními a středně aktivními kovy v napěťové řadě je považován hliník. Během elektrolýzy na katodě se neredukují kovy až po hliník, ale molekuly vody se redukují a uvolňuje se vodík.

Dorazí-li vodíkové ionty – H + – na katodu (např. při elektrolýze kyselin HCl, H₂SO₄) vodík se redukuje z molekul kyseliny: 2H + – 2e = H₂

Anoda

Anionty jsou přitahovány k anodě – záporně nabité ionty: SO₄ 2-, PO₄ 3-, Cl-, Br-, I-, F-, S2-, CH₃COO – .

Pro elektrolýzu aniontů obsahujících kyslík: SO₄ 2-, PO₄ 3- – na anodě se neoxidují anionty, ale molekuly vody, ze kterých se uvolňuje kyslík.

Bezkyslíkaté anionty se oxidují a uvolňují odpovídající halogeny. Sulfidový iont při oxidaci a oxidaci síry. Výjimkou je fluor – pokud se dostane do anody, molekula vody se vybije a uvolní se kyslík. Fluor je nejvíce elektronegativní prvek a je tedy výjimkou.

Anionty organických kyselin se oxidují zvláštním způsobem: radikál sousedící s karboxylovou skupinou se zdvojnásobí a samotná karboxylová skupina (COO) se přemění na oxid uhličitý – CO₂.

Příklady řešení

Během cvičení můžete narazit na kovy, které v sérii aktivit chyběly. Ve fázi učení můžete využít rozšířenou škálu kovových aktivit.

Nyní budete přesně vědět, co se na katodě uvolňuje

Tak pojďme cvičit. Pojďme zjistit, co vzniká na katodě a anodě při elektrolýze roztoků AgCl, Cu(NO₃)₂, AlBr₃, NaF, FeI₂, CH₃COOLi.

Někdy úkoly vyžadují zapsání reakce elektrolýzy. Řeknu vám: pokud rozumíte tomu, co se tvoří na katodě a co se tvoří na anodě, pak není těžké napsat reakci. Vezměme si například elektrolýzu NaCl a zapišme reakci:

NaCl + H₂O → H₂ +Cl₂ + NaOH (obvykle označení „NaOH“ je ponecháno ve výrobcích, aniž by byly podrobeny další elektrolýze)

Sodík je reaktivní kov, takže na katodě se uvolňuje vodík. Anion neobsahuje kyslík, uvolňuje se halogen, chlor. Napíšeme rovnici tak, aby se sodík nemohl beze zbytku odpařit :) Sodík reaguje s vodou za vzniku NaOH.

Napišme elektrolýzní reakci pro CuSO₄:

Měď je málo aktivní kov, takže se uvolňuje v čisté formě na katodě. Anion obsahuje kyslík, takže se při reakci uvolňuje kyslík. Síranový iont nikde nezmizí, spojuje se s vodíkem vody a mění se v šedou kyselinu.

Elektrolýza tavenin

Vše, co jsme až do tohoto bodu probrali, se týkalo elektrolýzy roztoků, kde rozpouštědlem je voda.

Průmyslová chemie stojí před důležitým úkolem – získat kovy (látky) v jejich čisté formě. Nízkoaktivní kovy (Ag, Cu) lze snadno získat elektrolýzou roztoků.

Ale co aktivní kovy: Na, K, Li? Při elektrolýze jejich roztoků se totiž neuvolňují na katodě v čisté formě, místo toho se redukují molekuly vody a uvolňuje se vodík. Zde se hodí taveniny, které neobsahují vodu.

V bezvodých taveninách jsou reakce psány ještě jednodušeji: látky se rozkládají na své složky:

© Bellevich Yury Sergeevich 2018-2025

Tento článek napsal Jurij Sergejevič Bellevič a je jeho duševním vlastnictvím. Kopírování, šíření (včetně kopírování na jiné stránky a zdroje na internetu) nebo jakékoli jiné použití informací a předmětů bez předchozího souhlasu držitele autorských práv je trestné ze zákona. Chcete-li získat materiály článku a povolení k jejich použití, kontaktujte Bellevič Jurij.

Bleskový průzkum na téma Elektrolýza