Vario junginių elektrolizė

Pirmiausia išsiaiškinsime, kas vyksta elektrolizuojant vario(II) chlorido vandeninį tirpalą, kai abu elektrodai pagaminti iš grafito. Tirpinamas vario(II) chloridas disocijuoja:

$$ {\mathrm{CuCl}}_2\left(\mathrm{k}\right)$$$$ \stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\to } {\mathrm{Cu}}^{2+}\left(\mathrm{aq}\right)+2{\mathrm{Cl}}^{-}\left(\mathrm{aq}\right).$$

(7.5.1)

Reiškiniams aiškintis tinka ankstesnės temos 7.4.2 paveikslas. Prie neigiamojo elektrodo yra vario jonų Cu²⁺(aq) ir vandens molekulių. Varis metalų įtampų eilėje yra už vandenilio (7.2.2 pav.), vadinasi, jo jonams redukuoti reikia mažiau energijos nei vandeniliui. Prie šio elektrodo išsiskiria varis:

Cu²⁺(aq) + 2e^– → Cu(k).

(7.5.2)

Prie teigiamojo elektrodo, kaip ir natrio chlorido tirpale, yra chlorido jonų ir vandens molekulių. Oksiduojami chlorido jonai:

2Cl^–(aq) – 2e^– → Cl₂(d).

(7.5.3)

Sudėję dalines lygtis, gauname:

$$ {\mathrm{CuCl}}_2\left(\mathrm{aq}\right)$$$$ \stackrel{\mathrm{elektrolizė}}{\to } \mathrm{Cu}\left(\mathrm{k}\right)+{\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{d}\right).$$

(7.5.4)

Elektrodai gali būti variniai. Tokiu atveju prie neigiamojo elektrodo viskas vyksta taip pat, kaip naudojant inertinius elektrodus, o teigiamasis elektrodas pats yra oksiduojamas. Elektronų netenka ne tirpale esančios dalelės, o teigiamojo elektrodo (anodo) vario atomai. Vario atomai virsta vario(II) jonais ir patenka į tirpalą. Dalines lygtis galime parašyti taip:

Prie neigiamojo elektrodo:

Cu²⁺(aq) + 2e^– → Cu(k, katodo);

(7.5.5)

Prie teigiamojo elektrodo:

Cu(k, anodo) – 2e^– → Cu²⁺(aq);

(7.5.6)

Suminė lygtis:

Cu(k, anodo) → Cu(k, katodo).

(7.5.7)

Atkreipkite dėmesį, kad vario agregatinės būsenos nuoroda papildyta užrašais „katodas“ ir „anodas“, taip pabrėžiant, kad reakcija vyksta skirtingose vietose. Kiek vario jonų pašalinama iš tirpalo prie neigiamojo elektrodo, tiek pat jų pasigamina prie teigiamojo. Vienas elektrodas (katodas) apauga vario sluoksniu, o kitas (anodas) plonėja, tirpsta. Jonų koncentracija tirpale nekinta. Tokia elektrolizė naudojama dengiant gaminius kokio nors metalo sluoksniu. Dangos kokybė priklauso nuo tirpalo sudėties. Pasirinkus tirpųjį anodą, tirpalo sudėtis nekinta, todėl jį galima ilgai naudoti. Sueikvotas anodas pakeičiamas nauju, ir vėl galima elektrolizuoti.

Prie neigiamojo elektrodo vyks vario jonų redukcija (7.5.2 reakcija). Prie teigiamojo elektrodo yra sulfato jonų ir vandens molekulių, į elektrodą pasisukusių deguonimi. Abi dalelės turi deguonies atomų. Vandens molekules oksiduoti lengviau negu deguoninių rūgščių liekanas, todėl vyks tokia reakcija:

2H₂O(s) – 4e^– → 4H⁺(aq) + O₂(d).

(7.5.8)

Sudėję (7.5.2) ir (7.5.8) lygtis, gauname:

$$ 2{\mathrm{Cu}}^{2+}\left(\mathrm{aq}\right)+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{s}\right)$$$$ \stackrel{\mathrm{elektrolizė}}{\to } 2\mathrm{Cu}\left(\mathrm{k}\right)+4{\mathrm{H}}^{+}\left(\mathrm{aq}\right)$$$$ +{\mathrm{O}}_2\left(\mathrm{d}\right).$$

(7.5.9)

Bendroji lygtis:

$$ 2{\mathrm{CuSO}}_4\left(\mathrm{aq}\right)+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{s}\right)$$$$ \stackrel{\mathrm{elektrolizė}}{\to } 2\mathrm{Cu}\left(\mathrm{k}\right)+2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\left(\mathrm{aq}\right)$$$$ + {\mathrm{O}}_2\left(\mathrm{d}\right).$$

(7.5.10)