Схема электролиза водного раствора соли

Задача 590. 
Составить схемы электролиза водного раствора хлорида цинка, если: а) анод цинковый; б) анод угольный.
Решение:
ZnCl₂ ⇔ Zn²⁺ + 2Cl^—
Стандартный электродный потенциал системы Zn²⁺ + 2  =  Zn⁰ (-0,76 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением газообразного водорода:

2H₂O + 2  ⇔ H₂↑ + 2ОH^—

а ионы цинка Zn²⁺, приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство). 

На аноде будет происходить электрохимическое окисление цинка – материала анода, поскольку, отвечающий системе Zn⁰ + 2  ⇔ Zn²⁺  (-0,76 В) значительно ниже 2Cl^— — 2   ⇔ Cl₂ (+1,36 В). Ионы хлора, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Таким образом, на аноде будет происходить растворение цинка — материал анода, а на катоде – выделение газообразного водорода. В анодном пространстае будет накапливаться хлорид цинка, а в катодном пространстве ионы цинка, соединяясь с гидроксид-ионами, образуют малорастворимое соединение Zn(OH)₂.

Уравнения электродных процессов:

А(+): Zn⁰ — 2e ⇔ Zn²⁺
К(-): 2H₂O + 2  ⇔ H₂↑ + 2ОH^—

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

2H₂O + Zn⁰ ⇔ H₂↑ +  2OH- + Zn^{2+
                     катод                   анод}

Таким образом, при электролизе ZnCl₂ с цинковым анодом на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в осадок выпадает гидроксид цинка, на аноде будет происходить растворение материала анода (цинк) и будут накапливаться ионы цинка и хлорид-ионы.

б) При электролизе ZnCl₂ с угольным анодом будут происходить следующие процессы: 

на катоде: 2H₂O + 2  ⇔ H₂↑ + 2ОH^—; 
на аноде:  2Cl^— — 2  ⇔ Cl₂, 

хотя стандартные электродные потенциалы системы 2H₂O — 4  ⇔ O₂↑ + 4Н⁺ и  2Cl^— — 2  ⇔ Cl₂, соответственно, равны 1,23В и 1,36В. Объясняется это тем, что происходит перенапряжение системы на аноде.

Таким образом, при электролизе раствора хлорида цинка с угольным электродом на катоде будет будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в катодном пространстве будет выпадать осадок гидроксида цинка, а на аноде будет наблюдаться выделение газообразного хлора.

Задача 691.
Составить схемы электролиза водного раствора сульфата меди, если: а) анод медный; б) анод угольный.
Решение:
CaSO₄ ⇔ Ca²⁺ + SO₄^2-
Стандартный электродный потенциал системы Cu²⁺ + 2  ⇔ Cu⁰ (+0,34 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов меди:

Cu²⁺ + 2 ⇔ Cu⁰

На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди – материала анода, поскольку, отвечающий системе Cu²⁺ — 2 ⇔ Cu  (+0,34В) значительно ниже 2SO₄^2- + 2 ⇔ S₂O₈^2-  (+2,01В). Ионы  SO₄^2-, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Таким образом, на аноде будет происходить растворение меди — материал анода, а на катоде – выделение газообразного водорода. В анодном пространстае будет накапливаться сульфат меди, а в катодном пространстве ионы меди, соединяясь с гидроксид-ионами, образуют малорастворимое соединение Cu(OH)₂.

Уравнения электродных процессов:

А(+): Cu⁰ — 2e ⇔ Cu²⁺
К(-): Cu²⁺ + 2e ⇔ Cu⁰

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

 2Cu⁰  +  Cu²⁺ = Cu²⁺ +  Cu^{0
                          анод        катод}

Таким образом, при электролизе CuSO₄ на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в осадок выпадает гидроксид меди, на аноде будет происходить растворение материала анода (медь) и будут накапливаться ионы меди и сульфат-ионы.

б) При электролизе CuSO₄ с угольным анодом будут происходить следующие процессы (стандартный электродный потенциал системы  2H₂O — 4 ⇔ O₂↑ + 4OH^— и  2SO₄^2- + 2 ⇔ S₂O₈^2-, соответственно, равны 1,23 В и 2,01 В):  

на катоде: 2|4|Cu²⁺ + 2  ⇔    Cu⁰
на аноде:  1|2|2H₂O — 4 ⇔ O₂↑ + 4Н⁺.

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

2H₂O + 2Cu²⁺ ⇔ О₂↑ +  4Н⁺ + 2Cu    (ионно-молекулярная форма);
                         ^{анод                 катод}
2CuSO₄ + 2H₂O →  2H₂SO₄ + O₂↑ + 2Cu  (молекулярная форма).

Таким образом, при электролизе раствора сульфата меди с угольным анодом на аноде будет наблюдаться выделение газообразного кислорода, и в анодном же пространстве будет накапливаться сульфат-ионы, которые с ионами водорода создают кислую среду, будет накапливаться серная кислота (2H⁺  + SO₄^2- = H₂SO₄); на катоде будет откладываться металлическая медь.