Опубликовано

Окисление, восстановление и электрохимические реакции

электрохимические реакции

Химические реакции, в которых элементы меняют степень окисления, называются окислительно-восстановительными реакциями.

В химических процессах реакции окисления и восстановления происходят в одно и то же время и в одном месте, например, окисление железа (Fe) при контакте с кислородом воздуха. Блестящая полированная железная пластина со временем тускнеет при контакте с воздухом из-за окислительно-восстановительных реакций, протекающих на ее поверхности.

Железо окисляется, и образуется оксид железа (II), который затем становится оксидом железа (III) в результате дальнейшего окисления железа. С другой стороны, кислород сокращается. Степень окисления железа увеличивается от 0 до , а затем в , т.е. железо окисляется, при этом степень окисления кислорода снижается от 0 до , следовательно, кислород уменьшается.

В электрохимических процессах реакции окисления и восстановления происходят на разных электродах (в разных местах). Это окислительно-восстановительные реакции, происходящие в элементах и электролизерах. В электрохимических ячейках реакции восстановления протекают на катоде, а реакции анодного окисления — на аноде. На рис. 1 показана схема электрохимической ячейки, в которой катодом является медный электрод, а анодом — железный электрод. Оба электрода погружены в раствор серной кислоты (VI).

skhema-ehlektrohimicheskoj-yachejki
Схема электрохимической ячейки

В этой ячейке протекают следующие реакции: на аноде протекает реакция окисления железа (реакция (1)), а на катоде — реакция восстановления ионов водорода (реакция (2)).

В электрохимическом процессе реакции окисления и восстановления происходят в разных местах (на разных электродах).
Как показано на рис. 1, во время окисления электрод разлагается, ионы металла переходят в раствор, а высвободившиеся электроны перемещаются к другому электроду (катоду), где они расходуются в процессе восстановления. В ячейках на катоде протекают реакции восстановления, а на аноде — реакции окисления. Наиболее частыми реакциями, происходящими на катодах, являются реакции восстановления кислорода и водорода, а также реакции восстановления ионов металлов. Реакции восстановления кислорода и водорода называются реакциями деполяризации кислорода (реакция (5)) и водорода (реакция (2)). Примеры реакций катодного восстановления ((3)- (6)):

Реакция ионов металлов (реакция (3)) используется для получения металлических покрытий при электроосаждении. Реакция (6), реакция восстановления молекул воды происходит на катоде в нейтральных или основных электролитах.
Анодные реакции — это реакции окисления металлов, ионов металлов или ионов неметаллов. Уравнения (7) — (9) дают примеры реакций анодного окисления.

Реакция анодного окисления молекул воды (реакция (8)) протекает в кислых и нейтральных электролитах.