в растворе какой соли на аноде при электролизе окисляются гидроксоионы oh agno3 sbcl3 cucl2 na2s
29. Электролиз расплавов и растворов
Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)
ФОРМУЛА СОЛИ УРАВНЕНИЕ АНОДНОГО ПРОЦЕССА
А) KCl 1) 2H 2 O – 4e → O 2 + 4H +
2. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
ФОРМУЛА СОЛИ ПРОДУКТ, ОБРАЗУЮЩИЙСЯ НА АНОДЕ
Б) CH 3 COOK 2) сернистый газ
В) BaBr 2 3) кислород
Г) CuSO 4 4) водород
6) этан и углекислый газ
3. Установите соответствие между формулой соли и уравнением процесса, протекающего на катоде при электролизе её водного раствора.
ФОРМУЛА СОЛИ УРАВНЕНИЕ КАТОДНОГО ПРОЦЕССА
В ) SbCl 3 3) Cu 2+ + 2e → Cu 0
Г ) Cu(NO 3 ) 2 4) Cu 2+ + 1e → Cu +
4. Установите соответствие между названием вещества и способом его получения.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ
А) литий 1) раствора LiF
Б) фтор 2) расплава LiF
В) серебро 3) раствора MgCl 2
Г) магний 4) раствора AgNO 3
5. Установите соответствие между названием вещества и продуктами электролиза его водного раствора
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А) бромид калия 1) водород, бром, гидроксид калия
Б) сульфат меди ( II) 2) натрий, углекислый газ
В) бромид меди ( II) 3) медь, оксид серы ( IV)
4) медь, кислород, серная кислота
6. Установите соответствие между названием вещества и основными газообразными продуктами электролиза его водного раствора.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА ГАЗООБРАЗНЫЕ ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А) хлорид кальция 1) кислород, водород
Б) нитрат кальция 2) водород, хлор
В) фторид серебра 3) оксид азота ( IV)
Г) нитрат серебра 4) кислород
7. Установите соответствие между названиями вещества и электролитическим способом его получения.
НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА ЭЛЕКТ РОЛИЗ
А) хлор 1) водного раствора хлорида меди
Б) этан 2) водного раствора бромида натрия
В) натрий 3) водного раствора ацетата калия
Г) бром 4) расплава фторида натрия
5) водного раствора перхлората калия
6) водного раствора этановой кислоты
8. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А) натрий 1) водного раствора солей
Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида
В) серебро 3) расплава поваренной соли
Г) медь 4) расплавленного оксида
5) раствора оксида в расплавленном криолите
9. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А) AlCl 3 1) металл, галоген
Б) RbOH 2) гидроксид металла, хлор, водород
В) Hg(NO 3 ) 2 3) металл, кислород
Г) AuCl 3 4) металл, кислота, кислород
5) водород, кислород
10. Установите соответствие между формулой соли и реакцией ее водного раствора
Электролиз
Процесс электролиза заключается в перемещении катионов (положительно заряженных ионов) к катоду (заряжен отрицательно), и отрицательно заряженных ионов (анионов) к аноду (заряжен положительно).
Итак, анионы и катионы устремляются соответственно к аноду и катоду. Здесь и происходит химическая реакция. Чтобы успешно решать задания по этой теме и писать реакции, необходимо разделять процессы на катоде и аноде. Именно так и будет построена эта статья.
Катод
Чтобы установить, какая реакция идет на катоде, прежде всего, нужно определиться с активностью металла: его положением в электрохимическом ряду напряжений металлов.
Примеры решения
В процессе тренировки вам могут попадаться металлы, которые пропущены в ряду активности. На этапе обучения вы можете пользоваться расширенным рядом активности металлов.
Теперь вы точно будете знать, что выделяется на катоде 😉
Итак, потренируемся. Выясним, что образуется на катоде и аноде при электролизе растворов AgCl, Cu(NO3)2, AlBr3, NaF, FeI2, CH3COOLi.
Иногда в заданиях требуется записать реакцию электролиза. Сообщаю: если вы понимаете, что образуется на катоде, а что на аноде, то написать реакцию не составляет никакого труда. Возьмем, например, электролиз NaCl и запишем реакцию:
NaCl + H2O → H2 + Cl2 + NaOH (обычно в продуктах оставляют именно запись «NaOH», не подвергая его дальнейшему электролизу)
Запишем реакцию электролиза для CuSO4:
Медь относится к малоактивным металлам, поэтому сама в чистом виде выделяется на катоде. Анион кислородсодержащий, поэтому в реакции выделяется кислород. Сульфат-ион никуда не исчезает, он соединяется с водородом воды и превращается в серую кислоту.
Электролиз расплавов
Все, что мы обсуждали до этого момента, касалось электролиза растворов, где растворителем является вода.
Но как быть с активными металлами: Na, K, Li? Ведь при электролизе их растворов они не выделяются на катоде в чистом виде, вместо них восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород. Тут нам как раз пригодятся расплавы, которые не содержат воды.
В безводных расплавах реакции записываются еще проще: вещества распадаются на составные части:
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Правила составления окислительно-восстановительных реакций
Электролиз растворов электролитов с инертными электродами
Процессы, протекающие на катоде:
В растворе имеются несколько видов положительно заряженных частиц, способных восстанавливаться на катоде:
3) В случае электролиза раствора кислоты: катионы водорода восстанавливаются до простого вещества:
2H + +2e → H2.
Например, в случае электролиза раствора H2SO4.
Процессы, протекающие на аноде:
На аноде легко окисляются кислотные остатки не содержащие кислород. Например, галогенид-ионы (кроме F – ), сульфид-анионы, гидроксид-анионы и молекулы воды:
1) Галогенид-анионы окисляются до простых веществ:
2Cl – – 2e → Cl2.
4) В случае электролиза раствора соли органической кислоты на аноде всегда происходит выделение CO2 и удвоение остатка углеродной цепи:
2R-COO – – 2e → R-R + 2CO2.
Примеры:
1. Раствор NaCl
Расписываем диссоциацию на ионы:
NaCl → Na + + Cl –
Металл Na стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается водород. Хлорид-анионы будут окисляться на аноде до простого вещества:
К: 2Na + (в растворе)
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 2Cl – – 2e → Cl2
Коэффициент 2 перед Na + появился из-за наличия аналогичного коэффициента перед хлорид-ионами, так как в соли NaCl их соотношение 1:1.
Проверяем, что количество принимаемых и отдаваемых электронов одинаковое, и суммируем левые и правые части катодных и анодных процессов:
2Na + + 2Cl – + 2H2O → H2 0 + 2Na + + 2OH – + Cl2. Соединяем катионы и анионы:
2NaCl + 2H2O → H2 0 + 2NaOH + Cl2.
2. Раствор Na2SO4
Расписываем диссоциацию на ионы:
Na2SO4 → 2Na + + SO4 2–
Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается только водород. Сульфат-анионы содержат кислород, поэтому окисляться не будут, также оставаясь в растворе. Согласно правилу выше, в этом случае окисляются молекулы воды:
Таким образом, гидролиз растворов кислородсодержащих солей активных металлов (до Al включительно) сводится к гидролизу воды, так как ни катионы металлов, ни анионы кислотных остатков не принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, протекающих на электродах.
3. Раствор CuCl2
Расписываем диссоциацию на ионы:
CuCl2 → Cu 2+ + 2Cl –
Медь находится в ряду напряжений металлов после водорода, следовательно, только она будет восстанавливаться на катоде. На аноде будут окисляться только хлорид-анионы.
К: Cu 2+ + 2e → Cu 0
A: 2Cl – – 2e → Cl2
Записываем суммарное уравнение:
CuCl2 → Cu 0 + Cl2.
4. Раствор CuSO4
Расписываем диссоциацию на ионы:
CuSO4 → Cu 2+ + SO4 2–
Медь находится в ряду напряжений металлов после водорода, следовательно, только она будет восстанавливаться на катоде. На аноде будут окисляться молекулы воды, так как кислородсодержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.
Уравниваем количество электронов на катоде и аноде. Для это умножим все коэффициенты катодного уравнения на 2. Количество сульфат-ионов также необходимо удвоить, так как в сульфате меди соотношение Cu 2+ и SO4 2– 1:1.
Соединив катионы и анионы, получаем итоговое уравнение электролиза:
2CuSO4 + 2H2O → 2Cu 0 + O2 + 2H2SO4.
5. Раствор NiCl2
Расписываем диссоциацию на ионы:
NiCl2 → Ni 2+ + 2Cl –
Никель находится в ряду напряжений металлов после алюминия и до водорода, следовательно, на катоде будут восстанавливаться и металл, и водород. На аноде будут окисляться только хлорид-анионы.
К: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
A: 2Cl – – 2e → Cl2
Уравниваем количество электронов, принимаемых и отдаваемых на катоде и аноде. Для этого умножаем все коэффициенты анодного уравнения на 2:
К: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
Ni 2+ (в растворе)
A: 4Cl – – 4e → 2Cl2
Замечаем, что согласно формуле NiCl2, соотношение атомов никеля и хлора 1:2, следовательно, в раствор необходимо добавить Ni 2+ для получения общего количества 2NiCl2. Также это необходимо сделать, так как в растворе должны присутствовать противоионы для гидроксид-анионов.
Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
Ni 2+ + Ni 2+ + 4Cl – + 2H2O → Ni 0 + H2 0 + 2OH – + Ni 2+ + 2Cl2.
Соединяем катионы и анионы для получения итогового уравнения электролиза:
2NiCl2 + 2H2O → Ni 0 + H2 0 + Ni(OH)2 + 2Cl2.
6. Раствор NiSO4
Расписываем диссоциацию на ионы:
NiSO4 → Ni 2+ + SO4 2–
Никель находится в ряду напряжений металлов после алюминия и до водорода, следовательно, на катоде будут восстанавливаться и металл, и водород. На аноде будут окисляться молекулы воды, так как кислородсодержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.
Соединяем катионы и анионы и записываем итоговое уравнение электролиза:
2NiSO4 + 4H2O → Ni 0 + Ni(OH)2 + H2 0 + O2 0 + 2H2SO4.
В других источниках литературы также говорится об альтернативном протекании электролиза кислородсодержащих солей металлов средней активности. Разница состоит в том, что после сложения левых и правых частей процессов электролиза необходимо соединить H + и OH – с образованием двух молекул воды. Оставшиеся 2H + расходуются на образование серной кислоты. В этом случае не нужно прибавлять дополнительные ионы никеля и сульфат-ионы:
7. Раствор CH3COONa
Расписываем диссоциацию на ионы:
CH3COONa → CH3COO – + Na +
Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается только водород. На аноде будет происходит окисление ацетат-ионов с образованием углекислого газа и удвоением остатка углеродной цепи:
К: 2Na + (в растворе)
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 2CH3COO – – 2e → CH3-CH3 + CO2
Так как количества электронов в процессах окисления и восстановления совпадают, составляем суммарное уравнение:
2Na + + 2CH3COO – + 2H2O → 2Na + + 2OH – + H2 0 + CH3-CH3 + CO2
8. Раствор H2SO4
Расписываем диссоциацию на ионы:
H2SO4 → 2H + + SO4 2–
Из катионов в растворе присутствуют только катионы H+, они и будут восстанавливаться до простого вещества. На аноде будет протекать окисление воды, так как кислород содержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.
К: 2H + +2e → H2
A: 2H2O – 4e → O2 + 4H +
Уравниваем число электронов. Для этого удваиваем каждый коэффициент в уравнении катодного процесса:
К: 4H + +4e → 2H2
A: 2H2O – 4e → O2 + 4H +
Суммируем левые и правые части уравнений:
4H + + 2H2O → 2H2 + O2 + 4H +
Катионы H + находятся в обеих частях реакции, следовательно, их нужно сократить. Получаем, что в случае растворов кислот, электролизу подвергаются только молекулы H2O:
2H2O → 2H2 + O2.
9. Раствор NaOH
Расписываем диссоциацию на ионы:
NaOH → Na + + OH –
Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу, на катоде восстанавливается только водород. На аноде будут окисляться гидроксид-анионы с образованием кислорода и воды:
К: Na+ (в растворе)
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 4OH – – 4e → O2 + 2H2O
Уравниваем число электронов, принимаемых и отдаваемых на электродах:
К: Na + (в растворе)
4H2O + 4e → 2H2 0 + 4OH –
А: 4OH – – 4e → O2 + 2H2O
Суммируем левые и правые части процессов:
4H2O + 4OH – → 2H2 0 + 4OH – + O2 0 + 2H2O
Вывод:
При электролизе растворов 1) кислородсодержащих кислот;
2) щелочей;
3) солей активных металлов и кислородсодержащих кислот
на электродах протекает электролиз воды:
2H2O → 2H2 + O2.
Презентация к уроку
Результаты ЕГЭ показывают, что задания по теме “Электролиз” для выпускников остаются сложными. В школьной программе на изучение этой темы отводится недостаточное количество часов. Поэтому при подготовке школьников к ЕГЭ необходимо изучить этот вопрос очень подробно. Знание основ электрохимии поможет выпускнику успешно сдать экзамен и продолжить обучение в высшем учебном заведении.
Для изучения темы “Электролиз” на достаточном уровне необходимо провести подготовительную работу с выпускниками, сдающими ЕГЭ:
— рассмотреть определения основных понятий в теме “Электролиз”;
— анализа процесса электролиза расплавов и растворов электролитов;
— закрепить правила восстановления катионов на катоде и окисления анионов на аноде (роль молекул воды во время электролиза растворов);
— формирование умений составлять уравнения процесса электролиза (катодный и анодный процессы);
— научить учащихся выполнять типовые задания базового уровня (задачи), повышенного и высокого уровня сложности.
Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, протекающий в растворах и расплавах электролитов при прохождении постоянного электрического тока. В растворе или расплаве электролита происходит его диссоциация на ионы. При включении электрического тока ионы приобретают направленное движение и на поверхности электродов могут происходить окислительно-восстановительные процессы.
Анод – положительный электрод, на нём идут процессы окисления.
Катод – отрицательный электрод, на нём идут процессы восстановления.
Электролиз расплавов применяется для получения активных металлов, расположенных в ряду напряжений до алюминия (включительно).
Электролиз расплава хлорида натрия
2NaCl(эл.ток) —> 2Na + Cl2 (только при электролизе расплава).
Алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплавленном криолите (Na3AlF6).
Электролиз водных растворов протекает сложнее, так как на электродах в этом случае могут восстанавливаться или окисляться молекулы воды.
Электролиз водных растворов солей более сложен из-за возможного участия в электродных процессах молекул воды на катоде и на аноде.
Правила электролиза в водных растворах.
1. Катионы, расположенные в ряду напряжений металлов от лития до алюминия (включительно), а также катионы NН4 + не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды:
2. Катионы, расположенные в ряду напряжений после алюминия до водорода, могут восстанавливаться вместе с молекулами воды:
3. Катионы, расположенные в ряду напряжений после водорода, полностью восстанавливаются: Аg + + 1е —> Аg 0
4. В растворах кислот восстанавливаются ионы водорода: 2Н + + 2е —> Н2
2.Анионы серы, иода, брома, хлора (в этой последовательности) окисляются до простых веществ:
3. В растворах щелочей окисляются гидроксид-ионы:
4. В растворах солей карбоновых кислот окисляются анионы:
5. При использовании растворимых анодов электроны во внешнюю цепь посылает сам анод за счёт окисления атомов металла, из которого сделан анод:
Примеры процессам электролиза в водных растворах электролитов
Общее уравнение электролиза: 2H2O(эл.ток) —>2 H2 + O2
Пример 2. NaCl —>Na + +Cl‾
Общее уравнение электролиза: 2 Cu SO4+ 2H2O(эл. ток ) —>2Cu + O2 + 2H2 SO4
Общее уравнение электролиза:
Задания базового уровня сложности
Тест по теме “Электролиз расплавов и растворов солей. Ряд напряжений металлов”.
1. Щёлочь – один из продуктов электролиза в водном растворе:
2. При электролизе водного раствора нитрата калия на аноде выделяется:
3. Водород образуется при электролизе водного раствора:
4. Реакция возможна между:
1) Ag и K2SO4 (р-р) 2) Zn и KCI(р-р) 3) Mg и SnCI2(р-р) 4) Ag и CuSO4(р-р)
5. При электролизе раствора иодида натрия у катода окраска лакмуса в растворе:
1) красная 2) синяя 3) фиолетовая 4) жёлтая
6. При электролизе водного раствора фторида калия на катоде выделяется:
1) водород 2) фтороводород 3) фтор 4) кислород
Задачи по теме “Электролиз”
1. Электролиз 400 г 20 %-ого раствора поваренной соли был остановлен, когда на катоде выделилось 11,2 л (н.у.) газа. Степень разложения исходной соли (в %) составляет:
1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18
Составляем уравнение реакции электролиза:
m(NaCl)=400∙0,2=80 г соли было в растворе.
ν(H2)=11,2/22,4=0,5 моль ν(NaCl)=0,5∙2=1 моль
m(NaCl)= 1∙58,5=58,5 г соли было разложено во время электролиза.
Степень разложения соли 58,5/80=0,73 или 73%.
Ответ: 73% соли разложилось.
2. Провели электролиз 200 г 10 %-ого раствора сульфата хрома (III) до полного расходования соли (на катоде выделяется металл). Масса (в граммах) израсходованной воды составляет:
1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52
Составляем уравнение реакции электролиза:
Задания повышенного уровня сложности В3
1. Установите соответствие между формулой соли и уравнением процесса, протекающего на аноде при электролизе её водного раствора.
Г) AgNO3
2. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
Г) CuSO4
6) этан и углекислый газ
3. Установите соответствие между формулой соли и уравнением процесса, протекающего на катоде при электролизе её водного раствора.
4. Установите соответствие между названием вещества и способом его получения.
Г) магний
5. Установите соответствие между названием вещества и продуктами электролиза его водного раствора.
В) бромид меди (II)
1) водород, бром, гидроксид калия
2) натрий, углекислый газ
3) медь, оксид серы (IV)
4) медь, кислород, серная кислота
Таким образом, изучая тему электролиза, выпускники хорошо усваивают этот раздел и показывают хорошие результаты на экзамене. Изучение материала сопровождается презентацией по данной теме.
Задания 22. Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот).
Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
Запишите в таблицу номера выбранных веществ под соответствующими буквами.
Ответ: 1432
Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
Запишите в таблицу номера выбранных веществ под соответствующими буквами.
Ответ: 2414
Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Ответ: 4325
Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
Запишите в таблицу номера выбранных веществ под соответствующими буквами.
Ответ: 2132
Установите соответствие между формулой соли и продуктами электролиза водного раствора этой соли, которые выделились на катоде: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
Запишите в таблицу номера выбранных веществ под соответствующими буквами.
Ответ: 4435
Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
Запишите в таблицу номера выбранных веществ под соответствующими буквами.
Ответ: 4434
Установите соответствие между названием вещества и способом его получения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.