Elettrolisi di fusi e soluzioni (sali, alcali)
Se gli elettrodi vengono abbassati nella soluzione elettrolitica o si fondono e viene fatta passare una corrente elettrica continua, gli ioni si muoveranno in una direzione: cationi al catodo (elettrodo caricato negativamente), anioni all'anodo (elettrodo caricato positivamente).
Al catodo i cationi accettano elettroni e si riducono; all'anodo gli anioni donano elettroni e si ossidano. Questo processo è chiamato elettrolisi.
L'elettrolisi è un processo redox che si verifica sugli elettrodi quando una corrente elettrica passa attraverso una soluzione fusa o elettrolitica.
Elettrolisi dei sali fusi
Considera il processo di elettrolisi di una fusione di cloruro di sodio. Il processo di dissociazione termica avviene nel fuso:
$NaCl→Na^(+)+Cl^(-).$
Sotto l'azione di una corrente elettrica, i cationi $Na^(+)$ si muovono verso il catodo e da esso ricevono elettroni:
$Na^(+)+ē→(Na)↖(0)$ (restauro).
Gli anioni $Cl^(-)$ si muovono verso l'anodo e donano elettroni:
$2Cl^(-)-2ē→(Cl_2)↖(0)$ (ossidazione).
L'equazione totale dei processi:
$Na^(+)+ē→(Na)↖(0)|2$
$2Cl^(-)-2ē→(Cl_2)↖(0)|1$
$2Na^(+)+2Cl^(-)=2(Na)↖(0)+(Cl_2)↖(0)$
$2NaCl(→)↖(\text"elettrolisi")2Na+Cl_2$
Sul catodo si forma sodio metallico e sull'anodo si forma cloro gassoso.
La cosa principale da ricordare è che nel processo di elettrolisi si verifica una reazione chimica dovuta all'energia elettrica, che non può svolgersi spontaneamente.
Elettrolisi di soluzioni acquose di elettroliti
Un caso più complicato è l'elettrolisi delle soluzioni elettrolitiche.
In una soluzione salina, oltre agli ioni metallici e un residuo acido, ci sono molecole d'acqua. Pertanto, quando si considerano i processi sugli elettrodi, è necessario tenere conto della loro partecipazione all'elettrolisi.
Per determinare i prodotti dell'elettrolisi di soluzioni acquose di elettroliti, esistono le seguenti regole:
1. Processo al catodo non dipende dal materiale di cui è composto il catodo, ma dalla posizione del metallo (catione elettrolita) nella serie elettrochimica delle tensioni, e se:
1.1. Il catione elettrolita si trova nella serie di tensione all'inizio della serie in $Al$ compreso, quindi al catodo è in corso il processo di riduzione dell'acqua (viene rilasciato idrogeno $H_2$). I cationi metallici non si riducono, rimangono in soluzione.
1.2. Il catione elettrolita si trova in una serie di tensioni tra alluminio e idrogeno, quindi sia gli ioni metallici che le molecole d'acqua vengono ridotti al catodo.
1.3. Il catione elettrolita è in una serie di tensioni dopo l'idrogeno, quindi i cationi metallici vengono ridotti al catodo.
1.4. La soluzione contiene cationi di metalli diversi, quindi viene prima ripristinato il catione metallico, che si trova a destra nella serie di tensioni.
processi catodici
2. processo all'anodo dipende dal materiale dell'anodo e dalla natura dell'anione.
Processi anodici
2.1. Se l'anodo si dissolve(ferro, zinco, rame, argento e tutti i metalli che vengono ossidati durante l'elettrolisi), quindi il metallo dell'anodo viene ossidato, indipendentemente dalla natura dell'anione.
2.2. Se l'anodo non si dissolve(si chiama inerte - grafite, oro, platino), quindi:
a) durante l'elettrolisi di soluzioni saline acidi anossici (ad eccezione dei fluoruri) l'anione è ossidato all'anodo;
b) durante l'elettrolisi di soluzioni saline acidi e fluoruri ossigenati all'anodo è in corso il processo di ossidazione dell'acqua (viene rilasciato $O_2$). Gli anioni non si ossidano, rimangono in soluzione;
c) gli anioni in base alla loro capacità di ossidarsi sono disposti nel seguente ordine:
Proviamo ad applicare queste regole in situazioni specifiche.
Considera l'elettrolisi di una soluzione di cloruro di sodio se l'anodo è insolubile e se l'anodo è solubile.
1) Anodo insolubile(ad esempio grafite).
In soluzione avviene il processo di dissociazione elettrolitica:
Equazione riassuntiva:
$2H_2O+2Cl^(-)=H_2+Cl_2+2OH^(-)$.
Tenendo conto della presenza di ioni $Na^(+)$ nella soluzione, componiamo l'equazione molecolare:
2) Anodo solubile(ad esempio rame):
$NaCl=Na^(+)+Cl^(-)$.
Se l'anodo è solubile, il metallo dell'anodo si ossida:
$Cu^(0)-2ē=Cu^(2+)$.
I cationi $Cu^(2+)$ vengono dopo ($H^(+)$) nella serie di tensione, quindi saranno ridotti al catodo.
La concentrazione di $NaCl$ nella soluzione non cambia.
Si consideri l'elettrolisi di una soluzione di solfato di rame (II). anodo insolubile:
$Cu^(2+)+2ē=Cu^(0)|2$
$2H_2O-4ē=O_2+4H^(+)|1$
Equazione ionica totale:
$2Cu^(2+)+2H_2O=2Cu^(0)+O_2+4H^(+)$
L'equazione molecolare complessiva, tenendo conto della presenza di anioni $SO_4^(2-)$ in soluzione:
Si consideri l'elettrolisi di una soluzione di idrossido di potassio anodo insolubile:
$2H_2O+2ē=H_2+2OH^(-)|2$
$4OH^(-)-4ē=O_2+2H_2O|1$
Equazione ionica totale:
$4H_2O+4OH^(-)=2H_2+4OH^(-)+O_2+2H_2O$
Equazione molecolare complessiva:
$2H_2O(→)↖(\testo"elettrolisi")2H_2+O_2$
In questo caso, si scopre che avviene solo l'elettrolisi dell'acqua. Un risultato simile si otterrà nel caso di elettrolisi di soluzioni $H_2SO_4, NaNO_3, K_2SO_4$, ecc.
L'elettrolisi di fusi e soluzioni di sostanze è ampiamente utilizzata nell'industria:
- Per ottenere metalli (alluminio, magnesio, sodio, cadmio si ottengono solo per elettrolisi).
- Per la produzione di idrogeno, alogeni, alcali.
- Per la purificazione dei metalli - raffinazione (la purificazione di rame, nichel, piombo viene effettuata con il metodo elettrochimico).
- Per proteggere i metalli dalla corrosione (cromo, nichel, rame, argento, oro) — galvanica.
- Per ottenere copie metalliche, dischi - elettrotipo.
Indietro avanti
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I risultati dell'USE mostrano che i compiti sul tema "Elettrolisi" rimangono difficili per i laureati. Nel curriculum scolastico, un numero insufficiente di ore è assegnato allo studio di questo argomento. Pertanto, quando si preparano gli studenti per l'esame, è necessario studiare questo problema in modo molto dettagliato. La conoscenza delle basi dell'elettrochimica aiuterà il laureato a superare con successo l'esame e continuare la propria formazione in un istituto di istruzione superiore Per studiare l'argomento "Elettrolisi" a un livello sufficiente, è necessario svolgere lavori preparatori con i laureati che superano l'esame : - considerare le definizioni dei concetti di base nell'argomento "Elettrolisi"; - analizzare il processo di elettrolisi fusi e soluzioni di elettroliti; - fissare le regole per la riduzione dei cationi al catodo e l'ossidazione degli anioni all'anodo (il ruolo delle molecole d'acqua durante l'elettrolisi delle soluzioni); - la formazione di abilità per elaborare equazioni per il processo di elettrolisi (processi catodici e anodici); - insegnare agli studenti a svolgere compiti standard di livello base (compiti), alto e alto livello di complessità. Elettrolisi- processo redox che si verifica in soluzioni e fusioni di elettroliti con il passaggio di una corrente elettrica continua. In una soluzione o fusione di un elettrolita, si dissocia in ioni. Quando la corrente elettrica viene attivata, gli ioni acquisiscono un movimento diretto e possono verificarsi processi redox sulla superficie degli elettrodi. Anodo- un elettrodo positivo, su di esso sono in corso processi di ossidazione.
Il catodo è un elettrodo negativo, su di esso stanno avvenendo processi di recupero.
Sciogliere l'elettrolisi utilizzato per ottenere metalli attivi situati in una serie di tensioni fino all'alluminio (compreso).
L'elettrolisi del cloruro di sodio si scioglie
K(-) Na + + 1e -> Na 0
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 2 0
2NaCl (corrente elettronica) -> 2Na + Cl 2 (solo per elettrolisi fusa).
L'alluminio si ottiene per elettrolisi di una soluzione di ossido di alluminio in criolite fusa (Na 3 AlF 6).
2Al 2 O 3 (corrente elettronica) -> 4Al + 3O 2
K(-)Al 3+ +3e‾ ->Al
A(+)2O 2‾ -2e‾ ->O 2
Elettrolisi di una fusione di idrossido di potassio.
KOH->K + +OH‾
K(-) K + + 1e -> K 0
A (+) 4OH - - 4e -> O 2 0 + 2H 2 O
4KOH (corrente elettrica) -> 4K 0 + O 2 0 + 2H 2 O
L'elettrolisi di soluzioni acquose è più difficile, poiché in questo caso le molecole d'acqua possono essere ridotte o ossidate sugli elettrodi.
Elettrolisi di soluzioni acquose di saliè più complicato a causa della possibile partecipazione di molecole d'acqua al catodo e all'anodo nei processi degli elettrodi.
Regole dell'elettrolisi in soluzioni acquose.
Sul catodo:
1. Cationi situati in una serie di tensioni metalliche dal litio all'alluminio (incluso), nonché cationi NH4+ non vengono ripristinate, le molecole d'acqua vengono invece ripristinate:
2H 2 O + 2e->H 2 + 2OH -
2. I cationi situati nella serie di tensioni dopo l'alluminio all'idrogeno possono essere ridotti insieme alle molecole d'acqua:
2H 2 O + 2e->H2+2OH -
Zn2+ + 2e->Zn 0
3. I cationi situati in una serie di tensioni dopo il ripristino completo dell'idrogeno: Ag + + 1e->Ag 0
4. Gli ioni idrogeno sono ridotti in soluzioni acide: 2H + + 2e->H 2
Sull'anodo:
1. Anioni contenenti ossigeno e F-- non si ossidano, al loro posto si ossidano le molecole d'acqua:
2H 2 O - 4e->O2+4H+
2.Anioni di zolfo, iodio, bromo, cloro (in questa sequenza) vengono ossidati a sostanze semplici:
2Cl - - 2e->cl 2 0 S 2- - 2e->S0
3. Gli ioni idrossido sono ossidati in soluzioni alcaline:
4OH - - 4e->O 2 + 2 H 2 O
4. Gli anioni sono ossidati in soluzioni di sali di acidi carbossilici:
2 R - COSÌ - - 2e->R - R + 2CO 2
5. Quando si utilizzano anodi solubili, l'anodo stesso invia elettroni al circuito esterno a causa dell'ossidazione degli atomi del metallo da cui è composto l'anodo:
Cu 0 - 2e->Tu 2+
Esempi di processi di elettrolisi in soluzioni acquose di elettroliti
Esempio 1 K 2 SO 4 -> 2K + + SO 4 2-
K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -
A(+)2H 2 O – 4e‾ -> O 2 + 4H +
L'equazione generale dell'elettrolisi: 2H 2 O (corrente elettrica) -> 2 H 2 + O 2
Esempio 2. NaCl ->Na + +Cl‾
K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 2 0
2NaCl + 2H 2 O (corrente el.) -> H 2 + 2NaOH + Cl 2
Esempio 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-
K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu
A(+)2H 2 O – 4e‾ -> O 2 + 4H +
Equazione generale dell'elettrolisi: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (corrente elettrica) -> 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4
Esempio 4. CH 3 COONa->CH 3 COO‾ +Na +
K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -
A(+)2CH 3 COO‾– 2e‾ ->C 2 H 6 +2CO 2
Equazione generale dell'elettrolisi:
CH 3 COONa + 2H 2 O (corrente) -> H 2 + 2NaHCO 3 + C 2 H 6
Compiti del livello base di complessità
Test sull'argomento “Elettrolisi di fusi e soluzioni di sali. Una serie di sollecitazioni dei metalli”.
1. L'alcali è uno dei prodotti dell'elettrolisi in una soluzione acquosa:
1) KCI 2) CuSO 4 3) FeCI 2 4) AgNO 3
2. Durante l'elettrolisi di una soluzione acquosa di nitrato di potassio, all'anodo viene rilasciato quanto segue: 1) Circa 2 2) NO 2 3) N 2 4) H 23. Durante l'elettrolisi di una soluzione acquosa si forma idrogeno: 1) CaCI 2 2) CuSO 4 3) Hg (NO 3) 2 4) AgNO 34. La reazione è possibile tra: 1) Ag e K 2 SO 4 (soluzione) 2) Zn e KCI (soluzione) 3) Mg e SnCI 2(soluzione) 4) Ag e CuSO 4 (soluzione) 5. Durante l'elettrolisi di una soluzione di ioduro di sodio al catodo, il colore della tornasole in soluzione: 1) rosso 2 ) blu 3) viola 4) giallo6. Durante l'elettrolisi di una soluzione acquosa di fluoruro di potassio, al catodo viene rilasciato: 1) idrogeno 2) acido fluoridrico 3) fluoro 4) ossigeno
Compiti sull'argomento "Elettrolisi"
1. L'elettrolisi di 400 g di una soluzione salina comune al 20% è stata interrotta quando al catodo sono stati rilasciati 11,2 litri (n.a.) di gas. Il grado di decomposizione del sale originale (in%) è:
1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18
La soluzione del problema. Componiamo l'equazione della reazione di elettrolisi: 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOHm (NaCl) \u003d 400 ∙ 0,2 \u003d 80 g di sale erano in soluzione ν (H 2) \u003d 11,2 / 22,4 \u003d 0,5 mol ν(NaCl)=0,5∙2=1 mol(NaCl)= 1∙58,5=58,5 g di sale è stato decomposto durante l'elettrolisi Grado di decomposizione del sale 58,5/80=0,73 o 73%.Risposta: il 73% del sale si è decomposto.
2. Elettrolisi condotta di 200 g di una soluzione al 10% di solfato di cromo (III) fino a completo consumo del sale (il metallo viene rilasciato sul catodo). La massa (in grammi) di acqua utilizzata è:
1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52
La soluzione del problema. Componiamo l'equazione della reazione di elettrolisi: 2Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O → 4Cr + 3O 2 + 6H 2 SO 4m (Cr 2 (SO 4) 3) \u003d 200 ∙ 0,1 \u003d 20g ν (Cr 2 ( SO 4) 3) \u003d 20 / 392 \u003d 0,051 mol ν (H 2 O) \u003d 0,051 ∙ 3 \u003d 0,153 mol (H 2 O) \u003d 0,153 18 \u003d 2,76 gCompiti di maggiore complessità B3
1. Stabilire una corrispondenza tra la formula del sale e l'equazione del processo che si verifica all'anodo durante l'elettrolisi della sua soluzione acquosa.
3. Stabilire una corrispondenza tra la formula del sale e l'equazione del processo che si verifica sul catodo durante l'elettrolisi della sua soluzione acquosa.
5. Stabilire una corrispondenza tra il nome della sostanza ei prodotti di elettrolisi della sua soluzione acquosa.
Risposte: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. Pertanto, studiando l'argomento dell'elettrolisi, i laureati padroneggiano bene questa sezione e mostrano buoni risultati nell'esame. Lo studio del materiale è accompagnato da una presentazione su questo argomento.L'elettrodo dove avviene la riduzione è chiamato catodo.
L'elettrodo in cui si verifica l'ossidazione è l'anodo.
Considera i processi che si verificano durante l'elettrolisi dei sali fusi degli acidi anossici: HCl, HBr, HI, H 2 S (ad eccezione di fluoridrico o fluoridrico - HF).
Nella massa fusa, un tale sale è costituito da cationi metallici e anioni del residuo acido.
Ad esempio, NaCl = Na + + Cl -
Sul catodo: Na + + ē = Na si forma sodio metallico (nel caso generale, un metallo che fa parte del sale)
Sull'anodo: 2Cl - - 2ē \u003d Cl 2 si forma cloro gassoso (nel caso generale, un alogeno, che fa parte del residuo acido - ad eccezione del fluoro - o zolfo)
Consideriamo i processi che si verificano durante l'elettrolisi delle soluzioni elettrolitiche.
I processi che si verificano sugli elettrodi sono determinati dal valore del potenziale dell'elettrodo standard e dalla concentrazione dell'elettrolita (equazione di Nernst). Il corso scolastico non considera la dipendenza del potenziale dell'elettrodo dalla concentrazione dell'elettrolita e non utilizza i valori numerici del potenziale dell'elettrodo standard. È sufficiente che gli studenti sappiano che nella serie di intensità elettrochimica dei metalli (la serie di attività dei metalli), il valore del potenziale elettrodico standard della coppia Me + n / Me:
- aumenta da sinistra a destra
- i metalli nella fila fino all'idrogeno hanno un valore negativo di questa quantità
- idrogeno, quando ridotto dalla reazione 2H + + 2ē \u003d H 2, (cioè da acidi) ha un valore di potenziale elettrodo standard zero
- i metalli nella fila dopo l'idrogeno hanno un valore positivo di questa quantità
! idrogeno durante la riduzione secondo la reazione:
2H 2 O + 2ē \u003d 2OH - + H 2 , (cioè dall'acqua in un ambiente neutro) ha un valore negativo del potenziale dell'elettrodo standard -0,41
Il materiale dell'anodo può essere solubile (ferro, cromo, zinco, rame, argento e altri metalli) e insolubile - inerte - (carbone, grafite, oro, platino), quindi la soluzione conterrà ioni formati quando l'anodo si scioglie:
Io - nē = Io + n
Gli ioni metallici risultanti saranno presenti nella soluzione elettrolitica e anche la loro attività elettrochimica dovrà essere presa in considerazione.
In base a ciò, per i processi che avvengono al catodo, si possono definire le seguenti regole:
1. Il catione elettrolita si trova nella serie elettrochimica dei voltaggi metallici fino all'alluminio compreso, è in corso il processo di riduzione dell'acqua:
2H 2 O + 2ē \u003d 2OH -+H2
I cationi metallici rimangono in soluzione, nello spazio catodico
2. Il catione elettrolitico si trova tra alluminio e idrogeno, a seconda della concentrazione dell'elettrolita, avviene il processo di riduzione dell'acqua o il processo di riduzione degli ioni metallici. Poiché la concentrazione non è specificata nell'attività, vengono registrati entrambi i possibili processi:
2H 2 O + 2ē \u003d 2OH -+H2
Io + n + nē = Io
3. catione elettrolita: si tratta di ioni idrogeno, ad es. l'elettrolito è acido. Gli ioni idrogeno vengono ripristinati:
2H + + 2ē \u003d H 2
4. Il catione elettrolitico si trova dopo l'idrogeno, i cationi metallici sono ridotti.
Io + n + nē = Io
Il processo all'anodo dipende dal materiale dell'anodo e dalla natura dell'anione.
1. Se l'anodo viene sciolto (ad esempio ferro, zinco, rame, argento), il metallo dell'anodo viene ossidato.
Io - nē = Io + n
2. Se l'anodo è inerte, cioè insolubile (grafite, oro, platino):
a) Durante l'elettrolisi di soluzioni di sali di acidi anossici (ad eccezione dei fluoruri), l'anione viene ossidato;
2Cl - - 2ē \u003d Cl 2
2Br - - 2ē \u003d Br 2
2I - - 2ē \u003d I 2
S2 - - 2ē = S
b) Durante l'elettrolisi di soluzioni alcaline, il processo di ossidazione del gruppo idrossido OH - :
4OH - - 4ē \u003d 2H 2 O + O 2
c) Durante l'elettrolisi di soluzioni di sali di acidi contenenti ossigeno: HNO 3 , H 2 SO 4 , H 2 CO 3 , H 3 PO 4 e fluoruri, l'acqua viene ossidata.
2H 2 O - 4ē \u003d 4H + + O 2
d) Durante l'elettrolisi degli acetati (sali dell'acido acetico o etanoico), lo ione acetato viene ossidato in etano e monossido di carbonio (IV) - anidride carbonica.
2SN 3 SO - - 2ē \u003d C 2 H 6 + 2CO 2
Esempi di attività.
1. Stabilire una corrispondenza tra la formula salina e il prodotto formatosi su un anodo inerte durante l'elettrolisi della sua soluzione acquosa.
FORMULA DI SALE
A) NiSO 4
B) NaClO 4
B) LiCl
D) RbBr
PRODOTTO SU ANODO
1) S 2) SO 2 3) Cl 2 4) O 2 5) H 2 6) Br 2
Soluzione:
Poiché il compito specifica un anodo inerte, consideriamo solo i cambiamenti che si verificano con i residui acidi formati durante la dissociazione dei sali:
SO 4 2 - residuo acido di un acido contenente ossigeno. L'acqua viene ossidata e viene rilasciato ossigeno. Risposta 4
ClO4 - residuo acido di un acido contenente ossigeno. L'acqua viene ossidata e viene rilasciato ossigeno. Risposta 4.
cl - residuo acido di un acido privo di ossigeno. C'è un processo di ossidazione del residuo acido stesso. Il cloro viene rilasciato. Risposta 3.
fr - residuo acido di un acido privo di ossigeno. C'è un processo di ossidazione del residuo acido stesso. Il bromo viene rilasciato. Risposta 6.
Risposta generale: 4436
2. Stabilire una corrispondenza tra la formula salina e il prodotto formatosi sul catodo durante l'elettrolisi della sua soluzione acquosa.
FORMULA DI SALE
A) Al (NO 3) 3
B) Hg (NO 3) 2
B) Cu (NO 3) 2
D) NaNO 3
PRODOTTO SU ANODO
1) idrogeno 2) alluminio 3) mercurio 4) rame 5) ossigeno 6) sodio
Soluzione:
Poiché il compito specifica il catodo, consideriamo solo i cambiamenti che si verificano con i cationi metallici formati durante la dissociazione dei sali:
Al 3+ in accordo con la posizione dell'alluminio nella serie elettrochimica delle tensioni metalliche (dall'inizio della serie all'alluminio compreso), procederà il processo di riduzione dell'acqua. Viene rilasciato idrogeno. Risposta 1.
Hg2+ in accordo con la posizione del mercurio (dopo l'idrogeno), avverrà il processo di riduzione degli ioni di mercurio. Si forma Mercurio. Risposta 3.
Cu2+ in accordo con la posizione del rame (dopo l'idrogeno), procederà il processo di riduzione degli ioni rame. Risposta 4.
Na+ in base alla posizione del sodio (dall'inizio della serie all'alluminio compreso), procederà il processo di riduzione dell'acqua. Risposta 1.
Risposta generale: 1341
Stabilire una corrispondenza tra la formula del sale e il prodotto formatosi su un anodo inerte durante l'elettrolisi della sua soluzione acquosa: per ogni posizione indicata da una lettera, selezionare la posizione corrispondente indicata da un numero.
| FORMULA DI SALE | PRODOTTO SU ANODO | |
| UN | B | V | G |
Soluzione.
Nell'elettrolisi di soluzioni acquose di sali, alcali e acidi su anodo inerte:
L'acqua viene scaricata e viene rilasciato ossigeno se è un sale di un acido contenente ossigeno o un sale di acido fluoridrico;
Gli ioni idrossido vengono scaricati e l'ossigeno viene rilasciato se è alcalino;
Il residuo acido che fa parte del sale viene scaricato e la sostanza semplice corrispondente viene rilasciata se è un sale di un acido privo di ossigeno (tranne).
Il processo di elettrolisi dei sali degli acidi carbossilici avviene in modo speciale.
Risposta: 3534.
Risposta: 3534
Fonte: Yandex: USE lavoro di formazione in chimica. Opzione 1.
Stabilire una corrispondenza tra la formula di una sostanza e il prodotto formato sul catodo durante l'elettrolisi della sua soluzione acquosa: per ogni posizione indicata da una lettera, selezionare la posizione corrispondente indicata da un numero.
| FORMULA DELLA SOSTANZA | PRODOTTO ELETTROLISI, PRODOTTO AL CATODO |
|
Annota i numeri in risposta, disponendoli nell'ordine corrispondente alle lettere:
| UN | B | V | G |
Soluzione.
Durante l'elettrolisi di soluzioni acquose di sali, al catodo viene rilasciato:
Idrogeno, se è un sale di un metallo che si trova nella serie di sollecitazioni metalliche a sinistra dell'alluminio;
Metallo, se è un sale di un metallo che si trova nella serie di tensioni metalliche a destra dell'idrogeno;
Metallo e idrogeno, se è un sale di un metallo nella serie di tensioni metalliche tra alluminio e idrogeno.
Risposta: 3511.
Risposta: 3511
Fonte: Yandex: USE lavoro di formazione in chimica. Opzione 2.
Stabilire una corrispondenza tra la formula del sale e il prodotto formatosi su un anodo inerte durante l'elettrolisi della sua soluzione acquosa: per ogni posizione indicata da una lettera, selezionare la posizione corrispondente indicata da un numero.
| FORMULA DI SALE | PRODOTTO SU ANODO | |
Annota i numeri in risposta, disponendoli nell'ordine corrispondente alle lettere:
| UN | B | V | G |
Soluzione.
Durante l'elettrolisi di soluzioni acquose di sali di acidi e fluoruri contenenti ossigeno, l'ossigeno viene ossidato dall'acqua, quindi l'ossigeno viene rilasciato nell'anodo. Durante l'elettrolisi di soluzioni acquose di acidi anossici, il residuo acido viene ossidato.
Risposta: 4436.
Risposta: 4436
Stabilire una corrispondenza tra la formula di una sostanza e il prodotto che si forma su un anodo inerte a seguito dell'elettrolisi di una soluzione acquosa di tale sostanza: per ogni posizione indicata da una lettera, selezionare la posizione corrispondente indicata da un numero.
| FORMULA DELLA SOSTANZA | PRODOTTO SU ANODO |
2) ossido di zolfo (IV) 3) monossido di carbonio (IV) 5) ossigeno 6) ossido nitrico (IV) |
Annota i numeri in risposta, disponendoli nell'ordine corrispondente alle lettere:
| UN | B | V | G |
Cos'è l'elettrolisi? Per una comprensione più semplice della risposta a questa domanda, immaginiamo qualsiasi fonte di corrente continua. Per ogni sorgente DC puoi sempre trovare un polo positivo e uno negativo:
Colleghiamo ad esso due piastre elettricamente conduttive chimicamente resistenti, che chiameremo elettrodi. La piastra collegata al polo positivo si chiama anodo e al polo negativo si chiama catodo:
Il cloruro di sodio è un elettrolita; quando si scioglie, si dissocia in cationi di sodio e ioni cloruro:
NaCl \u003d Na + + Cl -
Ovviamente, gli anioni di cloro caricati negativamente andranno all'elettrodo caricato positivamente - l'anodo, e i cationi Na + caricati positivamente andranno all'elettrodo caricato negativamente - il catodo. Di conseguenza, verranno scaricati sia i cationi Na + che gli anioni Cl -, cioè diventeranno atomi neutri. La scarica avviene attraverso l'acquisizione di elettroni nel caso degli ioni Na + e la perdita di elettroni nel caso degli ioni Cl −. Cioè, il processo procede al catodo:
Na + + 1e − = Na 0 ,
E sull'anodo:
Cl − − 1e − = Cl
Poiché ogni atomo di cloro ha un elettrone spaiato, la loro singola esistenza è sfavorevole e gli atomi di cloro si combinano in una molecola di due atomi di cloro:
Сl∙ + ∙Cl \u003d Cl 2
Pertanto, in totale, il processo che si verifica all'anodo è scritto più correttamente come segue:
2Cl - - 2e - = CI 2
Cioè, abbiamo:
Catodo: Na + + 1e − = Na 0
Anodo: 2Cl - - 2e - = Cl 2
Riassumiamo la bilancia elettronica:
Na + + 1e − = Na 0 |∙2
2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1<
Aggiungi i lati sinistro e destro di entrambe le equazioni mezze reazioni, noi abbiamo:
2Na + + 2e − + 2Cl − − 2e − = 2Na 0 + Cl 2
Riduciamo due elettroni nello stesso modo in cui si fa in algebra, otteniamo l'equazione ionica dell'elettrolisi:
2NaCl (l.) => 2Na + Cl 2
Da un punto di vista teorico, il caso sopra considerato è il più semplice, poiché nel fuso cloruro di sodio, tra gli ioni caricati positivamente, c'erano solo ioni sodio, e tra quelli negativi solo anioni cloro.
In altre parole, né i cationi Na + né gli anioni Cl − avevano "concorrenti" per il catodo e l'anodo.
E cosa accadrà, ad esempio, se invece di una fusione di cloruro di sodio, viene fatta passare una corrente attraverso la sua soluzione acquosa? In questo caso si osserva anche la dissociazione del cloruro di sodio, ma la formazione di sodio metallico in una soluzione acquosa diventa impossibile. Dopotutto, sappiamo che il sodio, un rappresentante dei metalli alcalini, è un metallo estremamente attivo che reagisce molto violentemente con l'acqua. Se il sodio non può essere ridotto in tali condizioni, cosa verrà ridotto al catodo?
Ricordiamo la struttura della molecola d'acqua. È un dipolo, cioè ha un polo negativo e uno positivo:
È grazie a questa proprietà che è in grado di "attaccare" sia la superficie del catodo che la superficie dell'anodo:
Possono verificarsi i seguenti processi:
2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2
2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +
Pertanto, si scopre che se consideriamo una soluzione di qualsiasi elettrolita, vedremo che i cationi e gli anioni formati durante la dissociazione dell'elettrolita competono con le molecole d'acqua per la riduzione al catodo e l'ossidazione all'anodo.
Quindi quali processi avranno luogo al catodo e all'anodo? Scarica di ioni formati durante la dissociazione dell'elettrolita o ossidazione/riduzione delle molecole d'acqua? O, forse, tutti questi processi avverranno simultaneamente?
A seconda del tipo di elettrolita, durante l'elettrolisi della sua soluzione acquosa sono possibili diverse situazioni. Ad esempio, i cationi di metalli alcalini, alcalino terrosi, alluminio e magnesio semplicemente non possono essere ridotti nell'ambiente acquatico, poiché la loro riduzione avrebbe dovuto produrre rispettivamente metalli alcalini, alcalino terrosi, alluminio o magnesio. metalli che reagiscono con l'acqua.
In questo caso è possibile solo la riduzione delle molecole d'acqua al catodo.
È possibile ricordare quale processo avverrà sul catodo durante l'elettrolisi di una soluzione di un qualsiasi elettrolita, seguendo i seguenti principi:
1) Se l'elettrolita è costituito da un catione metallico, che allo stato libero in condizioni normali reagisce con l'acqua, sul catodo avviene il seguente processo:
2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2
Questo vale per i metalli che si trovano all'inizio della serie di attività Al, inclusi.
2) Se l'elettrolita è costituito da un catione metallico, che nella sua forma libera non reagisce con l'acqua, ma reagisce con gli acidi non ossidanti, avvengono due processi contemporaneamente, sia la riduzione dei cationi metallici che delle molecole d'acqua:
Io n+ + ne = Io 0
Questi metalli includono quelli compresi tra Al e H nelle serie di attività.
3) Se l'elettrolita è costituito da cationi idrogeno (acido) o cationi metallici che non reagiscono con acidi non ossidanti, vengono ripristinati solo i cationi elettrolitici:
2H + + 2e - \u003d H 2 - nel caso dell'acido
Me n + + ne = Me 0 - nel caso del sale
All'anodo, nel frattempo, la situazione è la seguente:
1) Se l'elettrolita contiene anioni di residui acidi privi di ossigeno (tranne F -), il processo della loro ossidazione avviene all'anodo, le molecole d'acqua non vengono ossidate. Ad esempio:
2Cl - - 2e \u003d Cl 2
S 2- − 2e = S o
Gli ioni fluoruro non vengono ossidati all'anodo perché il fluoro non è in grado di formarsi in una soluzione acquosa (reagisce con l'acqua)
2) Se l'elettrolita contiene ioni idrossido (alcali), vengono ossidati al posto delle molecole d'acqua:
4OH - - 4e - \u003d 2H 2 O + O 2
3) Se l'elettrolita contiene un residuo acido contenente ossigeno (ad eccezione dei residui di acido organico) o uno ione fluoruro (F -) sull'anodo, il processo di ossidazione delle molecole d'acqua avviene:
2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +
4) Nel caso di un residuo acido di un acido carbossilico sull'anodo, avviene il seguente processo:
2RCOO - - 2e - \u003d R-R + 2CO 2
Esercitati a scrivere equazioni di elettrolisi per varie situazioni:
Esempio 1
Scrivi le equazioni per i processi che si verificano al catodo e all'anodo durante l'elettrolisi di una fusione di cloruro di zinco, nonché l'equazione generale dell'elettrolisi.
Soluzione
Quando il cloruro di zinco si scioglie, si dissocia:
ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -
Inoltre, si dovrebbe prestare attenzione al fatto che è il fuso di cloruro di zinco che subisce l'elettrolisi e non la soluzione acquosa. In altre parole, senza opzioni, al catodo può verificarsi solo la riduzione dei cationi di zinco e l'ossidazione degli ioni cloruro all'anodo. senza molecole d'acqua
Catodo: Zn 2+ + 2e − = Zn 0 |∙1
Anodo: 2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1
ZnCl 2 \u003d Zn + Cl 2
Esempio #2
Scrivi le equazioni per i processi che si verificano al catodo e all'anodo durante l'elettrolisi di una soluzione acquosa di cloruro di zinco, nonché l'equazione generale dell'elettrolisi.
Poiché in questo caso una soluzione acquosa è sottoposta all'elettrolisi, allora, in teoria, le molecole d'acqua possono partecipare all'elettrolisi. Poiché lo zinco si trova nella serie di attività tra Al e H, ciò significa che sia la riduzione dei cationi di zinco che delle molecole d'acqua avverrà al catodo.
2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2
Zn 2+ + 2e - = Zn 0
Lo ione cloruro è il residuo acido dell'acido privo di ossigeno HCl, quindi, nella competizione per l'ossidazione all'anodo, gli ioni cloruro "vincono" sulle molecole d'acqua:
2Cl - - 2e - = CI 2
In questo caso particolare, è impossibile scrivere l'equazione dell'elettrolisi complessiva, poiché il rapporto tra idrogeno e zinco rilasciato al catodo è sconosciuto.
Esempio #3
Scrivi le equazioni per i processi che si verificano al catodo e all'anodo durante l'elettrolisi di una soluzione acquosa di nitrato di rame, nonché l'equazione generale dell'elettrolisi.
Il nitrato di rame in soluzione è in uno stato dissociato:
Cu(NO 3) 2 \u003d Cu 2+ + 2NO 3 -
Il rame è nella serie di attività a destra dell'idrogeno, cioè i cationi di rame saranno ridotti al catodo:
Cu 2+ + 2e − = Cu 0
Lo ione nitrato NO 3 - è un residuo acido contenente ossigeno, il che significa che nell'ossidazione all'anodo, gli ioni nitrato "perdono" in competizione con le molecole d'acqua:
2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +
In questo modo:
Catodo: Cu 2+ + 2e − = Cu 0 |∙2
2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4H +
L'equazione ottenuta come risultato dell'addizione è l'equazione ionica dell'elettrolisi. Per ottenere l'equazione dell'elettrolisi molecolare completa, è necessario aggiungere 4 ioni nitrato ai lati sinistro e destro dell'equazione ionica risultante come controioni. Quindi otterremo:
2Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4HNO 3
Esempio #4
Scrivi le equazioni per i processi che si verificano al catodo e all'anodo durante l'elettrolisi di una soluzione acquosa di acetato di potassio, nonché l'equazione generale dell'elettrolisi.
Soluzione:
L'acetato di potassio in una soluzione acquosa si dissocia in cationi potassio e ioni acetato:
CH 3 COOK \u003d CH 3 COO − + K +
Il potassio è un metallo alcalino, cioè è nella serie elettrochimica delle tensioni proprio all'inizio. Ciò significa che i suoi cationi non possono essere scaricati al catodo. Invece, le molecole d'acqua verranno ripristinate:
2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2
Come accennato in precedenza, i residui acidi degli acidi carbossilici "vincono" nella competizione per l'ossidazione delle molecole d'acqua all'anodo:
2CH 3 COO - - 2e - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2
Quindi, sommando il bilancio elettronico e sommando le due equazioni delle semireazioni al catodo e all'anodo, otteniamo:
Catodo: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙1
Anodo: 2CH 3 COO - - 2e - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2 | ∙ 1
2H 2 O + 2CH 3 COO - \u003d 2OH - + H 2 + CH 3 -CH 3 + 2CO 2
Abbiamo ottenuto l'equazione completa dell'elettrolisi in forma ionica. Aggiungendo due ioni potassio ai lati sinistro e destro dell'equazione e sommandoli con i controioni, otteniamo l'equazione dell'elettrolisi completa in forma molecolare:
2H 2 O + 2CH 3 CUOCO \u003d 2KOH + H 2 + CH 3 -CH 3 + 2CO 2
Esempio #5
Scrivi le equazioni per i processi che si verificano al catodo e all'anodo durante l'elettrolisi di una soluzione acquosa di acido solforico, nonché l'equazione generale dell'elettrolisi.
L'acido solforico si dissocia in cationi idrogeno e ioni solfato:
H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-
I cationi idrogeno H + saranno ridotti al catodo e le molecole d'acqua saranno ossidate all'anodo, poiché gli ioni solfato sono residui acidi contenenti ossigeno:
Catodo: 2Н + + 2e − = H 2 |∙2
Anodo: 2H 2 O - 4e - = O 2 + 4H + |∙1
4H + + 2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 + 4H +
Riducendo gli ioni idrogeno nei lati sinistro, destro e sinistro dell'equazione, otteniamo l'equazione per l'elettrolisi di una soluzione acquosa di acido solforico:
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2
Come si può vedere, l'elettrolisi di una soluzione acquosa di acido solforico si riduce all'elettrolisi dell'acqua.
Esempio #6
Scrivi le equazioni per i processi che si verificano al catodo e all'anodo durante l'elettrolisi di una soluzione acquosa di idrossido di sodio, nonché l'equazione generale dell'elettrolisi.
Dissociazione dell'idrossido di sodio:
NaOH = Na + + OH -
Solo le molecole d'acqua saranno ridotte al catodo, poiché il sodio è un metallo altamente attivo e solo gli ioni idrossido all'anodo:
Catodo: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙2
Anodo: 4OH − − 4e − = O 2 + 2H 2 O |∙1
4H 2 O + 4OH - \u003d 4OH - + 2H 2 + O 2 + 2H 2 O
Riduciamo due molecole d'acqua a sinistra ea destra e 4 ioni idrossido, e giungiamo alla conclusione che, come nel caso dell'acido solforico, l'elettrolisi di una soluzione acquosa di idrossido di sodio si riduce all'elettrolisi dell'acqua.
