Переход к основной теме:
Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей)
Если в раствор или расплав электролита опустить электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться направленно: катионы к катоду (отрицательно заряженному электроду), анионы к аноду (положительно заряженному электроду).
На катоде катионы принимают электроны и восстанавливаются, на аноде анионы отдают электроны и окисляются. Этот процесс называют электролизом.
Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита.
Электролиз расплавленных солей
Рассмотрим процесс электролиза расплава хлорида натрия. В расплаве идет процесс термической диссоциации:
NaCl→Na++Cl−.
Под действием электрического тока катионы Na+ движутся к катоду и принимают от него электроны:
Анионы Cl− движутся к аноду и отдают электроны:
На катоде образуется металлический натрий, на аноде — газообразный хлор.
Главное, что вы должны помнить: в процессе электролиза за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая самопроизвольно идти не может.
Электролиз водных растворов электролитов
Более сложный случай — электролиз растворов электролитов.
В растворе соли, кроме ионов металла и кислотного остатка, присутствуют молекулы воды. Поэтому при рассмотрении процессов на электродах необходимо учитывать их участие в электролизе.
Для определения продуктов электролиза водных растворов электролитов существуют следующие правила:
- Процесс на катоде зависит не от материала, из которого сделан катод, а от положения металла (катиона электролита) в электрохимическом ряду напряжений, при этом если:
1.1. Катион электролита расположен в ряду напряжений в начале ряда по Al включительно, то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется водород Н2↑). Катионы металла не восстанавливаются, они остаются в растворе.
1.2. Катион электролита находится в ряду напряжений между алюминием и водородом, то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды.
1.3. Катион электролита находится в ряду напряжений после водорода, то на катоде восстанавливаются катионы металла.
1.4. В растворе содержатся катионы разных металлов, то сначала восстанавливается катион металла, стоящий в ряду напряжений правее.
Катодные процессы
- Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона.
Анодные процессы
2.1. Если анод растворяется (железо, цинк, медь, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то окисляется металл анода, несмотря на природу аниона.
2.2. Если анод не растворяется (его называют инертным — графит, золото, платина), то:
а) при электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисления аниона;
б) при электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде идет процесс окисления воды (выделяется О2↑). Анионы не окисляются, они остаются в растворе;
в) анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:
Попробуем применить эти правила в конкретных ситуациях.
Рассмотрим электролиз раствора хлорида натрия в случае, если анод нерастворимый и если анод растворимый.
1) Анод нерастворимый (например, графитовый).
В растворе идет процесс электролитической диссоциации:
Суммарное уравнение:
2H2O+2Cl−=H2↑+Cl2↑+2OH−.
Учитывая присутствие ионов Na+ в растворе, составляем молекулярное уравнение:
2) Анод растворимый (например, медный):
NaCl=Na++Cl−.
Если анод растворимый, то металл анода будет окисляться:
Катионы Cu2+ в ряду напряжений стоят после (Н+), по этому они и будут восстанавливаться на катоде.
Концентрация NaCl в растворе не меняется.
Рассмотрим электролиз раствора сульфата меди (II) на нерастворимом аноде:
Суммарное ионное уравнение:
2Cu2++2H2O=2Cu0+O2↑+4H+
Суммарное молекулярное уравнение с учетом присутствия анионов SO42− в растворе:
Рассмотрим электролиз раствора гидроксида калия на нерастворимом аноде:
Суммарное ионное уравнение:
4H2O+4OH−=2H2↑+4OH−+O2↑+2H2O
В данном случае, оказывается, идет только электролиз воды. Аналогичный результат получим и в случае электролиза растворов H2SO4,NaNO3,K2SO4 и др.
Электролиз расплавов и растворов веществ широко используется в промышленности:
- Для получения металлов (алюминий, магний, натрий, кадмий получают только электролизом).
- Для получения водорода, галогенов, щелочей.
- Для очистки металлов — рафинирования (очистку меди, никеля, свинца проводят электрохимическим методом).
- Для защиты металлов от коррозии (хрома, никеля, меди, серебра, золота) — гальваностегия.
- Для получения металлических копий, пластинок — гальванопластика.
Закрепление:
Скажите, что вы запомнили о электролизе расплавов и растворов?
Домашнее задание:
Выучить и повторить материал из конспекта
Установите соответствие между формулой вещества и продуктами, образующимися на инертных электродах при электролизе водного раствора этого вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
|
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
|
А) Mg(NO3)2 |
1) H2, O2 |
Установите соответствие между формулой вещества и продуктами, образующимися на инертных электродах при электролизе водного раствора этого вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
|
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
|
А) ZnSO4 |
1) H2, O2 |
Установите соответствие между формулой вещества и продуктами, образующимися на инертных электродах при электролизе водного раствора этого вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
|
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
|
А) CuSO4 |
1) H2, O2 |
Установите соответствие между формулой вещества и продуктами, образующимися на инертных электродах при электролизе водного раствора этого вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
|
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
|
А) CuBr2 |
1) Cu, O2 |
Ссылки:
https://examer.ru/ege_po_himii/2021/zadanie_22/
