Experimente:
Versuch: Kupferraffination

Bei der Raffination von Kupfer wird das Metall von Verunreinigungen befreit. Dabei tauchen eine Anode aus Rohkupfer und eine Kathode aus Reinstkupfer in schwefelsaure Kupfersulfatlösung. Bei Stromfluss werden an der Anode Kupferatome zu Kupfer-Ionen oxidiert. An der Kathode werden Kupfer-Ionen zu Kupferatomen reduziert.

Edlere Metalle als Kupfer gehen nicht in Lösung, sondern sinken auf den Boden des Gefäßes. Unedlere Verunreinigungen gehen in Lösung und werden anders als Reinkupfer nicht wieder abgeschieden.
Die Anode wird also immer dünner und die Kathode immer schwerer (-> Versuch).

Anode: Oxidation: Cu à Cu²⁺ + 2 e^-
Kathode: Reduktion: Cu²⁺ + 2 e^- à Cu
Redoxreaktion: Cu(Anode) à Cu(Kathode)

Das reine Kupfer der Kathode wird dann weiterverarbeitet.

Warum wird zur Kupferraffination Schwefelsäure zugesetzt?
Um das zu verstehen, müssen wir die Reaktionen an den Elektroden etwas genauer beschreiben. An der Anode zum Beispiel finden zwei Prozesse statt:

Anode: H₂O ———> 2 H⁺ + ½ O₂ + 2 e^-

            Cu + ½ O₂ ——— CuO (s)

Wegen der zweiten Reaktion muss Schwefelsäure zugesetzt werden. Diese zersetzt nämlich die ständig gebildeten Kupferoxide, löst sie also von der Anode ab.

            CuO (s) + H₂SO₄ (diss.) ———> CuSO₄ (löslich) + H₂O

Erst dann kann der kathodische Reduktionsprozess zur Bildung von reinem Kupfer ablaufen:

Kathode: Cu²⁺ + 2 e^- ———> Cu

Scheiden sich an der Kathode nicht Protonen ab? Prinzipiell ja. Man kann jedoch die Abscheidung von Protonen durch Steuerung der Spannung und Schwefelsäurekonzentration verhindern.

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