W czasie elektrolizy w polu elektrycznym między

elektrodami wędrują jony dodatnie (kationy) w
kierunku katody połączonej z ujemnym biegunem źródła
prądu, a jony ujemne (aniony) w kierunku anody
połączonej z dodatnim biegunem źródła prądu.

Na granicy faz elektroda - elektrolit biegną reakcje

utleniania (na anodzie) i redukcji (na katodzie)
jonów elektrolitów.

Podczas elektrolizy zachodzą procesy odwrotne do

przemian zachodzących w czasie pracy ogniwa (przepływ
prądu wywołuje reakcje elektrodowe).

ELEKTROLIZA

to proces, w którym przepływ prądu

elektrycznego przez roztwór elektrolitu (lub stopiony
elektrolit) wymusza reakcje chemiczne.

Elektrolizer to urządzenie składające się z dwóch przewodników
metalicznych, które są zanurzone w przewodniku jonowym.
Przewodniki metaliczne (elektrody) są podłączone do źródła prądu
stałego.

OGNIWO GALWANICZNE

ELEKTROLIZER

Reakcja

utleniania

Cu → Cu

2+

+ 2 e

-

Reakcja

redukcji

Sn

2+

+2e

-

→ Sn

Reakcja

utleniania

Sn → Sn

2+

+ 2 e

-

Reakcja redukcji

Cu

2+

+2e

-

→ Cu

ANODA

(-)

KATODA

(+)

ANODA

(+)

KATODA

(-)

Przebieg procesów chemicznych na powierzchni elektrod zależy od:

A.

Własności chemicznych składników elektrolitu

B.

Stężeń jonów

C.

Rodzaju elektrod

D.

Różnicy potencjałów między elektrodami

Uproszczone reguły pozwalają przewidzieć kolejność rozładowania

jonów w roztworach wodnych elektrolitów o stężeniach jonów

zbliżonych do 1 mol/dm

3

.

KATODA (-)

Kolejność redukcji jonów jest z reguły

zgodna z szeregiem potencjałów

standardowych półogniw.

1.

Najpierw redukują się kationy metali

mniej aktywnych od glinu

Me

m+

+ me --> Me

Najważniejsze wyjątki od tych reguł:
Rozładowywanie kationu Na

+

na elektrodzie

rtęciowej
Równoczesne wydzielanie wodoru i metalu
w środowisku kwaśnym

2.

Po metalach mniej aktywnych

redukują się jony H

+

lub cząsteczki

H

2

O w zależności od środowiska /

wydziela się wodór

a.W śr kwasowym

: 2H

+

+ 2e -- >

H

2

↑

b.W roztworach soli litowców,

berylowców, glinu:

2H

2

O + 2e 

H

2

+

2OH

-

ANODA (+)

1. Najpierw utleniają się aniony kwasów

beztlenowych i ich soli / wydziela się

gazowy niemetal.

2X

-

- 2e -- > X

2

2. W następnej kolejności utleniają się:

a.W roztworach wodorotlenków jony OH

-

/

wydziela się tlen:

4OH

-

- 4e -- >

O

2

+ 2H

2

O

b.W roztworach kwasów tlenowych i ich

soli

utleniają się cząsteczki H

2

O /

wydziela się tlen

2H

2

O – 4e -- >

O

2

+ 4H

+

ELEKTROLIZA WODNYCH ROZTWORÓW KWASÓW

Kwasy beztlenowe



























2e

X

2X

)

A(

H

2e

2H

)

K(

0

2

0

2

Stężenie jonów wodorowych maleje, więc pH roztworu wzrasta































e

H

O

O

H

)

A(

H

2e

2H

)

K(

2

2

0

2

4

4

2

A (+) Stężenie jonów wodorowych wzrasta, więc pH maleje

Kwasy
tlenowe

PRZYKŁAD

HCl K(-) : 2H

+

+2e --> H

2

; A (+) 2Cl

-

-- > Cl

2

+ 2e

Sumarycznie : 2HCl -- > H

2

+ Cl

2

PRZYKŁA

D

H

2

SO

4

-- >2H

+

+ SO

4

2-

K(-) 2H

+

+ 2e -- > H

2

↑ ; A (+) H

2

O – 2e -- >1/2 O

2

+

2H

+

Sumarycznie: H

2

O -- > H

2

+ ½ O

2

Elektroliza

wody

ELEKTROLIZA WODNYCH ROZTWORÓW ZASAD

































e

O

O

H

OH

)

A(

2OH

H

2e

O

2H

)

K(

2

2

2

2

4

2

4

Metale znajdujące się na początku szeregu napięciowego ( do glinu
włącznie) nie ulegają redukcji na katodzie.

Na katodzie zachodzi redukcja wody. Wydziela się gazowy wodór. PH
roztworu wzrasta

Na anodzie zachodzi utlenienie jonów OH-. Wydziela się gazowy tlen.
pH roztworu maleje

PRZYKŁAD

NaOH NaOH -- > Na

+

+ OH

-

K (-) 2H

2

O + 2e  H

2

+ 2OH

-

;

Wzrost pH wokół

katody

A(+) 2OH

-

- 2e -- >1/2 O

2

+ H

2

O

Sumarycznie : H

2

O --> H

2

+ ½ O

2

2H

2

O  2H

2

+

O

2

Elektroliza

wody

ELEKTROLIZA WODNYCH ROZTWORÓW SOLI

KATODA(-)

Na katodzie rozkładają się metale leżące za glinem w szeregu

elektrochemicznym, jeśli nie ma takich jonów to rozkłada się woda

2H

2

O +2e -> H

2

+2OH

-

Elektroliza wodnego roztworu NaCl
Elektroliza wodnego roztworu NaCl prowadzi do otrzymania chloru i
wodorotlenku sodowego.

ANODA(+)

Najpierw utleniają się aniony kwasów beztlenowych / wydziela
się gazowy niemetal.2X

-

- 2e -- > X

2

Aniony kwasów beztlenowych wydzielają się w kolejności:
S

2-

, I

-

, Br

-

, Cl

-

(

F

-

nie daje się wydzielić z roztworu

wodnego)
W roztworach kwasów tlenowych i ich soli utleniają się cząsteczki
H

2

O/wydziela się tlen

H

2

O – 2e -- >1/2 O

2

+ 2H

+

PRZYKŁAD

2

2

2

2

2

2

H

Cl

2OH

2Na

O

2H

2NaCl

Cl

2e

2Cl

)

A(

2OH

H

2e

O

2H

)

K(





































Elektroliza wodnego roztworu azotanu(V) srebra prowadzona na
elektrodach grafitowych. Określ jakie produkty wydzielą się na
elektrodach
AgNO

3

= Ag

+

+ NO

3

-

Katoda(-):Ag

+

; H

2

O

Anoda(+): NO

3

-

H

2

O

PRZYKŁAD

PRZYKŁAD

Przebieg elektrolizy siarczanu(VI)sodu
Katoda(-):Na

+

; H

2

O

Anoda(+): SO

4

2-

,

H

2

O

2

2

2

-

2

Cl

Cu

2Cl

sum..Cu

Cl

2e

2Cl

)

A(

Cu

2e

Cu

)

K(



















































4H

O

4e

O

2H

)

A(

e

A

)

K(

2

2

Ag

g

PRZYKŁAD

Przebieg elektrolizy chlorku miedzi(II)
Katoda(-):Cu

2+

; H

2

O

Anoda(+): Cl

-

,

H

2

O

2

2

2

2

2

2

2

O

2H

O

sum..2H

4H

O

4e

O

2H

)

A(

2

|

2OH

H

2e

O

2H

)

K(































Katoda(-):

2Na

+

+ 2e -- > 2Na

Anoda(+):

2Cl

-

-- >Cl

2

+ 2e

Sumarycznie : 2NaCl  2Na +

Cl

2

ELEKTROLIZA STOPIONYCH SOLI

Elektroliza zachodzi również w przypadku stopionych soli i
wodorotlenków.
W wyniku wysokiej temperatury sieć krystaliczna zostaje zniszczona,
dzięki czemu możliwy staje się swobodny ruch jonów w kierunku elektrod
i zachodzenie reakcji elektrodowych.

PRZYKŁAD

Stopiony wodorotlenek sodu NaOH

O

2H

O

4e

)4OH

A(

4Na

4e

)4Na

K(

2

|

O

H

O

2e

2OH

)

A(

2

|

2Na

2e

2Na

)

K(

2

2

2

2

2

1













































Stopiony chlorek ołowiu(II)

2

2

2

2

Cl

Pb

PbCl

Cl

2e

2Cl

)

A(

Pb

2e

Pb

)

K(

























I PRAWO FARADAY’A

Masa wydzielonej substancji na
elektrodach podczas elektrolizy jest
proporcjonalna
do natężenia prądu i czasu trwania
elektrolizy

kIt

kq

m





q – ładunek [ C]
I – natężenie prądu [A]
t – czas [s]
k –równoważnik elektrochemiczny [kg/C]
Równoważnik elektrochemiczny równy jest masie substancji
wydzielonej na elektrodzie przy przepływie ładunku 1C.
Współczynnik proporcjonalności k jest stały i charakterystyczny dla
danego procesu elektrodowego.
Wartości równoważników elektrochemicznych wyznacza się
doświadczalnie.

II PRAWO FARADAY’A

Drugie prawo Faradaya określa wielkość elektrochemicznego
równoważnika k.

Stosunek masy molowej

M

substancji wydzielającej się na

elektrodzie do iloczynu równoważnika elektrochemicznego

k

i

liczby ładunkowej

n

reakcji elektrodowej dla jednego mola tej

substancji jest wielkością stałą

k

n

M

F





F = 96500 [C/mol

= A ∙ s / mol ]

1F – ładunek 1 mola elektronów !!

Równanie elektrolizy

to zależność łącząca oba prawa Faradaya

t

I

m

t

I

k

m

k

F

n

M

F

n

M































2

1