電気分解の陽極と陰極での変化

電界分解の際の陽極と陰極での変化をまとめます。

まず、電極素材によって、分解されるものが場合分けされます。
電極が白金(Pt)、C(炭素),金(Au)の場合を考えます。

①水溶液中の陰イオンがハロゲン化物イオン$(Cl^-, Br^-,I^-)$の時は、
ハロゲン単体$(Cl_2,Br_2,I_2)$が発生します。

例を上げると

$2Cl^- → Cl_2↑ + 2e^-$

溶液中の陰イオンが水酸化物イオン$OH^-$,硫酸イオン$SO_4^{2-}$,硝酸イオン$NO_3^-$の時は、
$O_2$が発生します。

また、溶液が中性・酸性の場合は、以下のように変化します。

$$2H_2O → O_2↑ + 4H^+ + 4e^-$$

溶液が塩基性の場合以下のように変化します。

$$4OH^- → 2O_2↑ + 4H^+ + 4e^-$$

陽極が白金・炭素・金以外の場合、陽極の金属が溶け出します。
陽極が銀だった場合を例にあげると

$Ag → Ag^+ + e^-$

続いて、陰極の変化を覚えていきましょう。

陰極での変化を見ていきます。
まず、水溶液中の陽イオンが$Li^+,K^+,Ca^{2+},Na^+,Mg^{2+},Al^{3+}$ -　①
の時は、水素$H_2$が発生します。

また、溶液が中性・塩基性、酸性かどうかで反応式が異なります。

溶液が中性・塩基性の場合は以下のように変化します。

$$ 2H_2O + 2e^- → 2OH^- + H_2↑$$

溶液が酸性の場合以下のように変化します

$$2H^+ + 2e^- → H_2↑$$

溶液の陽イオンが①以外の金属イオンだった場合、その金属イオンが金属単体となって析出します。
例えば溶液に亜鉛イオンが含まれているとすると

$Zn^{2+} → Zn + 2e^-$

初版:2022/9/21