Электролиз воды

Электролиз воды
4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 276.

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 276.

Процесс электролиза – это окислительно-восстановительная реакция, возможная только под действием электричества. Электролиз протекает в расплавах и растворах. В лабораториях для получения чистых газов – водорода и кислорода – проводят электролиз воды.

Что такое электролиз

Для осуществления процесса электролиза в раствор или в расплав помещают два электрода, подключённых к противоположным полюсам источника тока. В качестве электродов чаще всего используется металл или графит, так как эти материалы пропускают электрический ток.

Электролиты в растворе
Рис. 1. Электролиты в растворе.

Под действием электричества электрод, подключенный к отрицательному полюсу, становится катодом, а электрод, соединённый с положительным полюсом, превращается в анод. Катод и анод притягивают противоположные ионы: к катоду направляются положительно заряженные катионы, к аноду – отрицательно заряженные анионы.

Катод является окислителем, на нём происходит процесс восстановления катионов. На аноде протекает процесс окисления: анод восстанавливает анионы и окисляется.

Процесс электролиза можно разделить на два этапа. Сначала происходит диссоциация – распад электролита (раствора или расплава) на ионы. Затем протекают реакции на электродах.

Электролиз воды

Если пропустить через воду электрический ток, жидкость начнёт диссоциироваться на составляющие молекулу воды атомы. В результате процесса электролиза воды получают кислород и водород. Однако в зависимости от природы электродов можно получить озон и перекись водорода.

Схема электролиза воды:

  • анод:
    2H2O → O2 + 4H+ + 4e;
  • катод:
    4H+ + 4e → 2H2.

Или:

  • анод:
    3H2O → O3 + 6e + 6H+;
  • катод:
    O2 + 2H2O + 2e → H2O2 + 2OH.

Общее уравнение:

2H2O → 2H2 + O2.
Схема электролиза воды
Рис. 2. Схема электролиза воды.

Вода – слабый электролит, поэтому электролиз чистой, дистиллированной воды протекает медленно или не идёт вовсе. Для ускорения процесса в воду добавляют сильный электролит, увеличивающий проводимость электрического тока.

Электролит выбирается так, чтобы исключить конкуренцию между катионами электролита и катионами воды (H+). В противном случае водород не будет произведён. Чтобы исключить конкуренцию, необходимо подобрать электролит, катионы которого будут иметь меньший электродный потенциал, чем H+ воды. На роль катиона электролита подходят:

  • Li+;
  • Rb+;
  • K+;
  • Cs+;
  • Ba2+;
  • Sr2+;
  • Ca2+;
  • Na+;
  • Mg2+.

Для исключения конкуренции анионов, наоборот, подбирают электролит с анионами большего электродного потенциала, чем анион OH воды. В качестве такого электролита применяется щелочь для образования гидроксильного иона OH.

Диссоциация щёлочи
Рис. 3. Диссоциация щёлочи.

Для электролиза воды используются сильные щелочи: гидроксид калия (KOH) или натрия (NaOH). В некоторых случаях применяется сильная кислота, например, H2SO4.

Заключение

Что мы узнали?

Электролиз – процесс образования и оседания на электродах ионов вещества под действием электрического тока. Вода разделяется на катионы водорода и анионы кислорода. Положительные катионы движутся к катоду, отрицательные анионы – к аноду. В некоторых случаях вода диссоциируется на озон и перекись водорода. Из-за низкой способности к диссоциации в воду добавляется сильный электролит, не мешающий образованию водорода и кислорода. Чаще всего добавляется щёлочь или сильная кислота.

Тест по теме

  1. /5
    Вопрос 1 из 5

    К какому электроду движутся катионы?

Доска почёта
Доска почёта

Чтобы попасть сюда - пройдите тест.

  • Ирина Лысых
    5/5
  • Олег Гаврюшкин
    5/5
  • Induction System
    5/5

Оценка доклада

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 276.


А какая ваша оценка?

закрыть