화학 과제 시험에서 전기 분해. 시험을 위한 졸업생의 준비

주제 6. "용액 및 소금 용해의 전기분해"
1. 전기분해는 전류가 전해질 용액이나 용융물에 흐를 때 전극에서 일어나는 산화환원 과정입니다.
2. 음극 - 음으로 대전된 전극. 금속 및 수소 양이온(산) 또는 물 분자의 환원이 있습니다.
3. 양극 - 양전하를 띤 전극. 산 잔기의 음이온과 수산기(알칼리에서)의 산화가 발생합니다.
4. 염 용액을 전기분해하는 동안 반응 혼합물에 물이 존재합니다. 물은 산화 및 환원 특성을 모두 나타낼 수 있으므로 음극 및 양극 공정 모두에서 "경쟁자"입니다.
5. 불활성 전극(흑연, 탄소, 백금) 및 활성 양극(용해성)을 사용한 전기분해와 용융물 및 전해질 용액의 전기분해가 있습니다.
음극 공정
금속이 일련의 전압에 있는 경우:
일련의 응력에서 금속의 위치
음극에서 회복
리에서 알까지
물 분자가 환원됨: 2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
미네소타에서 납으로
물 분자와 금속 양이온이 모두 회복됩니다.
2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
Men+ + ne- → Me0
Cu에서 Au로
금속 양이온 감소: Men+ + ne- → Me0
양극 공정
산 잔류물
Asm-
양극
녹는
(철, 아연, 구리, 은)
불용성
(흑연, 금, 백금)
무산소
양극 금속 산화
М0 – ne- = Mn+
양극 용액
음이온 산화(F- 제외)
Acm- - 나- = Ac0
산소 함유
불화물 - 이온(F-)
산성 및 중성 환경:
2 H2O - 4e- → O20 + 4H+
알칼리성 환경에서:
4OH- - 4e- \u003d O20 + 2H2O
불활성 전극을 사용한 용융 전기분해 공정의 예
전해질 용융물에는 이온만 존재하므로 전해질 양이온은 음극에서 환원되고 음이온은 양극에서 산화됩니다.
1. 염화칼륨 용융물의 전기분해를 고려하십시오.
열해리 KCl → K+ + Cl-
K(-) K+ + 1e- → K0
A(+) 2Cl- - 2e- → ClO2
요약 방정식:
2KCl → 2K0 + Cl20
2. 염화칼슘 용융물의 전기분해를 고려하십시오.
열해리 CaCl2 → Ca2+ + 2Cl-
K(-) Ca2+ + 2e- → Ca0
A(+) 2Cl- - 2e- → ClO2
요약 방정식:
CaCl2 → Ca0 + Cl20
3. 수산화칼륨 용해물의 전기분해를 고려하십시오.
KOH의 열해리 → K+ + OH-
K(-) K+ + 1e- → K0
A (+) 4OH- - 4e- → O20 + 2H2O
요약 방정식:
4KOH → 4K0 + O20 + 2H2O
불활성 전극이 있는 전해액의 전기분해 공정의 예
용융물과 달리 전해질 용액에는 이온 외에도 물 분자가 있습니다. 따라서 전극의 공정을 고려할 때 전극의 참여를 고려해야 합니다. 알루미늄과 산소 함유 산의 산성 잔류물까지 일련의 전압에 서 있는 활성 금속에 의해 형성된 염 용액의 전기 분해는 물의 전기 분해로 환원됩니다. 1. 황산마그네슘 수용액의 전기분해를 고려하십시오. MgSO4는 알루미늄과 산소 함유 산 잔류물까지 일련의 응력을 받는 금속에 의해 형성되는 염입니다. 해리 방정식: MgSO4 → Mg2+ + SO42- K (-) 2H2O + 2e- \u003d H20 + 2OH- A (+) 2H2O - 4e- \u003d O20 + 4H + 총 방정식: 6H2O + 42H2 O20 + 4H + 2H2O \u003d 2H20 + O20 2. 황산구리(II) 수용액의 전기분해를 고려하십시오. СuSO4는 저활성 금속과 산소 함유 산 잔류물로 형성된 염입니다. 이 경우 전기분해는 금속, 산소를 생성하고 해당 산은 음극-음극 공간에 형성됩니다. 해리 방정식: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ 요약 방정식: 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu0 + O20 + 4H+ 2CuSO4 = + 2Cu0 + 2Н2SO4
3. 염화칼슘 수용액의 전기분해를 고려하십시오. CaCl2는 활성 금속과 무산소 산 잔류물에 의해 형성된 염입니다. 이 경우 전기분해 과정에서 수소, 할로겐이 생성되고 양극-음극 공간에는 알칼리가 생성된다. 해리 방정식: CaCl2 → Ca2+ + 2Cl- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2Cl- – 2e- = Cl20 요약 방정식: 2H2O + 2Cl- = Cl20 + 2OH- CaCl2 + 2H2O = Ca(OH)2 + Cl20 + H20 4. 염화구리(II) 수용액의 전기분해를 고려하십시오. CuCl2는 활성이 낮은 금속과 무산소산의 산성 잔류물에 의해 형성된 염입니다. 이 경우 금속과 할로겐이 생성된다. 해리 방정식: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2Cl- – 2e- = Cl20 요약 방정식: Cu2+ + 2Cl- = Cu0 + Cl20 CuCl2 = Cu0 + Cl20 5. 다음을 고려하십시오. 아세트산 나트륨 용액의 공정 전기 분해. CH3COOHa는 활성 금속과 카르복실산의 산성 잔기에 의해 형성된 염입니다. 전기분해는 수소와 알칼리를 생성합니다. 해리 방정식: CH3COONa → CH3COO - + Na+ K(-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2CH3COO¯- 2e = C2H6 + 2CO2 요약 방정식: 2H2O + 2CH3COOH6 = H20 + 2OH - + + 2CO2 2Н2О + 2CH3COONa = 2NaОH + Н20 + C2H6 + 2CO2 6. 질산니켈 용액의 전기분해 과정을 고려하십시오. Ni(NO3)2는 Mn에서 H2까지의 전압 범위에 있는 금속과 산소 함유 산 잔류물에 의해 형성되는 염입니다. 그 과정에서 우리는 금속, 수소, 산소 및 산을 얻습니다. 해리 방정식: Ni(NO3)2 → Ni2+ + 2NO3- K(-) Ni2+ +2e- = Ni0 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ 전체 방정식: Ni2+ + 2H2O + 2H2O = Ni0 + H20 + 2OH- + O20 + 4H+ Ni(NO3)2 + 2H2O = Ni0 + 2HNO3 + H20 + O20 7. 황산 용액의 전기 분해 과정을 고려하십시오. 해리 방정식: H2SO4 → 2H+ + SO42- K (-) 2H+ + 2e- = H20 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ 전체 방정식: 2H2O + 4H+ = 2H20 + O20 + 4H+ 2H2O = 2H
8. 수산화나트륨 용액의 전기분해 과정을 고려하십시오. 이 경우 물 전기분해만 발생합니다. H2SO4, NaNO3, K2SO4 등의 용액의 전기분해도 유사하게 진행된다 해리 방정식: NaOH → Na+ + OH- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 4OH- – 4e- = O20 + 2H2O 전체 방정식: 4H2O + 4OH- = 2H20 + 4OH- + O20 + 2H2O 2H2O = 2H20 + O20
가용성 전극이 있는 전해액의 전기분해 공정의 예
가용성 양극은 전기분해 과정에서 산화(용해)됩니다. 1. 구리 양극으로 황산구리(II)를 전기분해하는 과정을 고려하십시오. 구리 양극으로 황산구리 용액을 전기분해하는 동안, 공정은 음이온의 특성에도 불구하고 음극에서 구리의 방출과 양극의 점진적인 용해로 환원됩니다. 용액에서 황산구리의 양은 변하지 않습니다. 해리 방정식: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ +2e- → Cu0 A (+) Cu0 - 2e- → Cu2+ 양극에서 음극으로 구리 이온의 전이
USE 옵션에서 이 주제에 대한 작업의 예
3시에. (Var.5)
불활성 전극에서 물질의 공식과 수용액의 전기 분해 생성물 사이의 대응 관계를 설정하십시오.
물질 전기분해 제품의 공식
A) Al2(SO4)3 1. 금속 수산화물, 산
B) СsOH 2. 금속, 할로겐
다) Hg(NO3)2 3. 금속, 산소
D) AuBr3 4. 수소, 할로겐 5. 수소, 산소 6. 금속, 산, 산소 인수: 1. 음극에서 Al2(SO4)3와 СsOH를 전기분해하는 동안 물은 수소로 환원됩니다. 옵션 1, 2, 3 및 6은 제외합니다. 2. Al2(SO4)3의 경우 물은 양극에서 산소로 산화됩니다. 우리는 옵션 5를 선택합니다. CsOH의 경우 수산화물 이온은 양극에서 산소로 산화됩니다. 우리는 옵션 5를 선택합니다. 3. 음극에서 Hg(NO3)2와 АuBr3를 전기분해하는 동안 금속 양이온이 환원됩니다. 4. Hg(NO3)2의 경우 양극에서 물이 산화됩니다. 용액의 질산염 이온은 수소 양이온과 결합하여 양극 공간에서 질산을 형성합니다. 우리는 옵션 6을 선택합니다. 5. АuBr3의 경우 Br-음이온은 양극에서 Br2로 산화됩니다. 우리는 옵션 2를 선택합니다.
ㅏ
비
V
G
5
5
6
2
3시에. (Var.1)
물질의 이름과 그것을 얻는 방법 사이의 일치를 설정하십시오.
전기분해에 의한 물질 생산의 이름 A) 리튬 1) LiF 용액 B) 불소 2) LiF 용해물 C) 은 3) MgCl2 용액 D) 마그네슘 4) AgNO3 용액 5) Ag2O 용해물 6) MgCl2 용해물 인수: 1. 유사 염화나트륨 용융의 전기 분해, 불화 리튬 용융의 전기 분해 과정이 진행됩니다. 옵션 A와 B에 대해 답 2를 선택하십시오. 2. 은은 염 용액인 질산은에서 복원할 수 있습니다. 3. 마그네슘은 소금 용액에서 복원할 수 없습니다. 우리는 옵션 6 - 염화 마그네슘 용융을 선택합니다.
ㅏ
비
V
G
2
2
4
6
3시에. (Var.9)
소금 공식과 수용액의 전기분해 동안 음극에서 일어나는 과정 방정식 사이의 대응 관계를 설정하십시오.
음극 공정의 염 공식 방정식
가) Al(NO3)3 1) 2H2O – 4e- → O2 + 4H+
B) CuCl2 2) 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
다) SbCl3 3) Cu2+ + 1e- → Cu+
라) Cu(NO3)2 4) Sb3+ - 2 e- → Sb5+ 5) Sb3+ + 3e- → Sb0
6) Cu2+ + 2e- → Cu0
추론 과정: 1. 금속 또는 물 양이온의 환원 과정은 음극에서 발생합니다. 따라서 우리는 옵션 1과 4를 즉시 제외합니다. 2. Al(NO3)3의 경우: 물 환원 과정이 음극에서 진행 중입니다. 옵션 2를 선택합니다. 3. CuCl2의 경우: Cu2+ 금속 양이온이 환원됩니다. 옵션 6을 선택하십시오. 4. SbCl3의 경우: Sb3+ 금속 양이온이 환원됩니다. 옵션 5를 선택하십시오. 5. Cu(NO3)2의 경우: Cu2+ 금속 양이온이 환원됩니다. 우리는 옵션 6을 선택합니다.
ㅏ
비
V
G
2

염 공식과 수용액의 전기분해 동안 불활성 양극에 형성된 생성물 사이의 대응 관계를 설정하십시오. 문자로 표시된 각 위치에 대해 숫자로 표시된 해당 위치를 선택하십시오.

소금 공식		양극 제품

ㅏ	비	V	G

해결책.

불활성 양극에서 염, 알칼리 및 산 수용액의 전기분해:

산소 함유 산의 염 또는 불산의 염인 경우 물이 배출되고 산소가 방출됩니다.

알칼리인 경우 수산화물 이온이 방출되고 산소가 방출됩니다.

염의 일부인 산잔류물이 배출되고, 무산소산의 염(제외)이면 해당 단체가 방출된다.

카르복실산 염의 전기 분해 과정은 특별한 방식으로 발생합니다.

답: 3534.

답: 3534

출처: Yandex: 화학 분야의 USE 교육 작업. 옵션 1.

물질의 공식과 수용액의 전기 분해 동안 음극에 형성된 생성물 사이의 대응 관계를 설정하십시오. 문자로 표시된 각 위치에 대해 숫자로 표시된 해당 위치를 선택하십시오.

물질 공식		전기분해 제품, 음극에서 생산

응답으로 숫자를 적어 문자에 해당하는 순서로 배열하십시오.

ㅏ	비	V	G

해결책.

염 수용액을 전기분해하는 동안 음극에서 다음이 방출됩니다.

알루미늄의 왼쪽에 있는 일련의 금속 응력에 있는 금속의 염인 경우 수소;

금속, 수소의 오른쪽에 일련의 금속 전압에 있는 금속의 염인 경우;

금속과 수소, 알루미늄과 수소 사이의 일련의 금속 전압에서 금속의 염인 경우.

답: 3511.

답: 3511

출처: Yandex: 화학 분야의 USE 교육 작업. 옵션 2.

소금 공식		양극 제품

응답으로 숫자를 적어 문자에 해당하는 순서로 배열하십시오.

ㅏ	비	V	G

해결책.

산소 함유 산과 불화물의 염 수용액을 전기 분해하는 동안 물에서 산소가 산화되어 양극에서 산소가 방출됩니다. 무산소산 수용액을 전기분해하는 동안 산 잔류물이 산화됩니다.

답: 4436.

답: 4436

물질의 공식과이 물질의 수용액을 전기 분해하여 불활성 양극에 형성되는 생성물 사이의 대응 관계를 설정하십시오. 문자로 표시된 각 위치에 대해 숫자로 표시된 해당 위치를 선택하십시오.

물질 공식

양극 제품

2) 황산화물(IV)

3) 일산화탄소(IV)

5) 산소

6) 산화질소(IV)

응답으로 숫자를 적어 문자에 해당하는 순서로 배열하십시오.

ㅏ	비	V	G

전기분해란? 이 질문에 대한 답을 더 쉽게 이해하기 위해 직류의 모든 소스를 상상해 봅시다. 모든 DC 소스에 대해 항상 양극과 음극을 찾을 수 있습니다.

전극이라고 하는 두 개의 내화학성 전기 전도성 판을 연결해 보겠습니다. 양극에 연결된 판을 양극이라고 하고 음극에 연결된 판을 음극이라고 합니다.

염화나트륨은 전해질이며 녹으면 나트륨 양이온과 염화물 이온으로 해리됩니다.

NaCl \u003d Na + + Cl -

분명히, 음으로 하전된 염소 음이온은 양으로 하전된 전극(애노드)으로 이동하고 양으로 하전된 Na + 양이온은 음으로 하전된 전극(음극)으로 이동합니다. 결과적으로 Na + 양이온과 Cl - 음이온이 모두 방출됩니다. 즉, 중성 원자가됩니다. 방전은 Na + 이온의 경우 전자 획득, Cl - 이온의 경우 전자 손실을 통해 발생합니다. 즉, 프로세스는 음극에서 진행됩니다.

나 + + 1e - = 나 0 ,

그리고 양극에서:

Cl - - 1e - = Cl

각 염소 원자에는 짝을 이루지 않은 전자가 있기 때문에 단일 존재는 바람직하지 않으며 염소 원자는 두 개의 염소 원자 분자로 결합됩니다.

Сl∙ + ∙Cl \u003d Cl 2

따라서 전체적으로 양극에서 발생하는 프로세스는 다음과 같이 더 정확하게 작성됩니다.

2Cl - - 2e - = Cl 2

즉, 우리는 다음을 가지고 있습니다:

음극: Na + + 1e − = Na 0

양극: 2Cl - - 2e - = Cl 2

전자 저울을 요약하자면 다음과 같습니다.

Na + + 1e − = Na 0 |∙2

2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1<

두 방정식의 좌변과 우변을 더하십시오. 반쪽 반응, 우리는 다음을 얻습니다.

2Na + + 2e − + 2Cl − − 2e − = 2Na 0 + Cl 2

대수학에서와 같은 방식으로 두 개의 전자를 줄이면 전기 분해의 이온 방정식을 얻습니다.

2NaCl(l.) => 2Na + Cl 2

이론적인 관점에서 볼 때 위에서 고려한 경우가 가장 단순하다. 염화나트륨 용융물에서는 양전하를 띤 이온 중 나트륨 이온만 있고, 음전하를 띤 이온 중에는 염소 음이온만 있기 때문이다.

다시 말해서, Na + 양이온과 Cl - 음이온 모두 캐소드와 애노드에 대한 "경쟁자"가 없었습니다.

예를 들어 염화나트륨의 용융물 대신 수용액에 전류가 흐르면 어떻게 될까요? 이 경우 염화나트륨의 해리도 관찰되지만 수용액에서 금속성 나트륨의 형성은 불가능해진다. 결국 우리는 알칼리 금속의 대표적인 물질인 나트륨이 물과 매우 격렬하게 반응하는 매우 활동적인 금속이라는 것을 알고 있습니다. 이러한 조건에서 나트륨을 환원할 수 없다면 음극에서 환원되는 것은 무엇입니까?

물 분자의 구조를 기억합시다. 쌍극자입니다. 즉, 음극과 양극이 있습니다.

캐소드 표면과 애노드 표면 모두에 "접착"할 수 있는 것은 이 속성 때문입니다.

다음 프로세스가 발생할 수 있습니다.

2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2

2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +

따라서 전해질 용액을 고려하면 전해질의 해리 중에 형성된 양이온과 음이온이 음극에서 환원되고 양극에서 산화를 위해 물 분자와 경쟁한다는 것을 알 수 있습니다.

그렇다면 음극과 양극에서는 어떤 과정이 일어날까요? 전해질의 해리 또는 물 분자의 산화/환원 과정에서 형성된 이온의 방출? 아니면 이 모든 과정이 동시에 일어날까요?

전해질의 종류에 따라 수용액을 전기분해하는 동안 다양한 상황이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 알칼리, 알칼리 토금속, 알루미늄 및 마그네슘의 양이온은 이들의 환원이 각각 알칼리, 알칼리 토금속, 알루미늄 또는 마그네슘, 즉 알칼리, 알칼리 토금속, 즉 마그네슘을 생성해야 하기 때문에 수중 환경에서 단순히 환원될 수 없습니다. 물과 반응하는 금속.

이 경우 음극에서 물 분자의 환원만이 가능합니다.

다음 원칙에 따라 전해질 용액을 전기분해하는 동안 음극에서 어떤 과정이 일어나는지 기억할 수 있습니다.

1) 전해질이 금속 양이온으로 구성되어 있고 정상적인 조건에서 자유 상태에서 물과 반응하면 음극에서 다음 과정이 발생합니다.

2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2

이것은 Al 활동 시리즈의 시작 부분에 있는 금속에 적용됩니다.

2) 전해질이 자유 형태로 물과 반응하지 않지만 비산화성 산과 반응하는 금속 양이온으로 구성된 경우 금속 양이온과 물 분자의 환원이라는 두 가지 과정이 동시에 발생합니다.

나 n+ + ne = 나 0

이러한 금속에는 활동 계열에서 Al과 H 사이의 금속이 포함됩니다.

3) 전해질이 비산화성 산과 반응하지 않는 수소 양이온(산) 또는 금속 양이온으로 구성된 경우 전해질 양이온만 복원됩니다.

2H + + 2e - \u003d H 2 - 산의 경우

Me n + + ne = Me 0 - 소금의 경우

한편, 양극에서의 상황은 다음과 같다.

1) 전해질에 무산소 산 잔기의 음이온 (F - 제외)이 포함되어 있으면 양극에서 산화 과정이 일어나고 물 분자는 산화되지 않습니다. 예를 들어:

2Cl - - 2e \u003d Cl 2

S 2- − 2e = S o

불소 이온은 수용액에서 불소를 형성할 수 없기 때문에 양극에서 산화되지 않음(물과 반응)

2) 전해질에 수산화 이온(알칼리)이 포함되어 있으면 물 분자 대신 산화됩니다.

4OH - - 4e - \u003d 2H 2 O + O 2

3) 전해질이 산소 함유 산 잔기(유기산 잔기 제외) 또는 양극에 불소 이온(F -)을 포함하는 경우 물 분자를 산화시키는 과정이 발생합니다.

2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +

4) 양극에 카르복실산의 산성 잔기가 있는 경우 다음과 같은 과정이 일어난다.

2RCOO - - 2e - \u003d R-R + 2CO 2

다양한 상황에 대한 전기분해 방정식 작성을 연습해 봅시다.

예 #1

염화아연 용융물을 전기분해하는 동안 음극과 양극에서 일어나는 과정에 대한 방정식과 일반 전기분해 방정식을 쓰십시오.

해결책

염화 아연이 녹으면 해리됩니다.

ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -

또한, 전해를 받는 것은 수용액이 아니라 염화아연 용융물이라는 사실에 주의해야 합니다. 즉, 옵션이 없으면 음극에서는 아연 양이온의 환원만, 양극에서는 염화물 이온의 산화만 일어날 수 있습니다. 물 분자 없음

음극: Zn 2+ + 2e − = Zn 0 |∙1

양극: 2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1

ZnCl 2 \u003d Zn + Cl 2

예 #2

염화아연 수용액을 전기분해하는 동안 음극과 양극에서 일어나는 과정에 대한 방정식과 일반 전기분해 방정식을 쓰시오.

이 경우 수용액은 전기분해되기 때문에 이론적으로 물 분자는 전기분해에 참여할 수 있다. 아연은 Al과 H 사이의 활성 계열에 위치하므로 아연 양이온과 물 분자의 환원이 모두 음극에서 발생합니다.

2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2

Zn 2+ + 2e - = Zn 0

염화물 이온은 무산소 산 HCl의 산성 잔류물이므로 양극에서의 산화 경쟁에서 염화물 이온이 물 분자보다 "승리"합니다.

2Cl - - 2e - = Cl 2

이 특별한 경우, 음극에서 방출되는 수소와 아연의 비율을 알 수 없기 때문에 전체 전기분해 방정식을 쓰는 것은 불가능합니다.

예 #3

질산구리 수용액을 전기분해하는 동안 음극과 양극에서 일어나는 과정에 대한 방정식과 일반 전기분해 방정식을 쓰시오.

용액의 질산 구리는 해리 상태입니다.

Cu(NO 3) 2 \u003d Cu 2+ + 2NO 3 -

구리는 수소 오른쪽의 활성 계열에 속합니다. 즉, 구리 양이온은 음극에서 환원됩니다.

구리 2+ + 2e - = 구리 0

질산염 이온 NO 3 - 산소 함유 산 잔기로 양극에서의 산화에서 질산염 이온이 물 분자와 경쟁하여 "잃습니다".

2H 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H +

이런 식으로:

음극: Cu 2+ + 2e − = Cu 0 |∙2

2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4H +

첨가의 결과로 얻은 방정식은 전기 분해의 이온 방정식입니다. 완전한 분자 전기분해 방정식을 얻으려면 생성된 이온 방정식의 왼쪽과 오른쪽에 4개의 질산염 이온을 반대 이온으로 추가해야 합니다. 그러면 다음을 얻을 수 있습니다.

2Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O = 2Cu 0 + O 2 + 4HNO 3

예 #4

아세트산칼륨 수용액을 전기분해하는 동안 음극과 음극에서 일어나는 과정에 대한 방정식과 일반 전기분해 방정식을 쓰시오.

해결책:

수용액의 칼륨 아세테이트는 칼륨 양이온과 아세테이트 이온으로 해리됩니다.

CH 3 쿡 \u003d CH 3 COO − + K +

칼륨은 알칼리 금속입니다. 맨 처음에 전압의 전기화학적 계열에 있습니다. 이것은 양이온이 음극에서 방전될 수 없음을 의미합니다. 대신 물 분자가 복원됩니다.

2H 2 O + 2e - \u003d 2OH - + H 2

위에서 언급한 바와 같이, 카르복실산의 산 잔기는 양극에서 물 분자로부터의 산화 경쟁에서 "승리"합니다.

2CH 3 COO - - 2e - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2

따라서 전자 균형을 요약하고 음극과 양극에서 반쪽 반응의 두 방정식을 추가하면 다음을 얻습니다.

음극: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙1

양극: 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

우리는 이온 형태의 완전한 전기 분해 방정식을 얻었습니다. 방정식의 왼쪽과 오른쪽에 두 개의 칼륨 이온을 추가하고 반대 이온을 추가하면 분자 형태의 완전한 전기 분해 방정식을 얻습니다.

2H 2 O + 2CH 3 COOK \u003d 2KOH + H 2 + CH 3 -CH 3 + 2CO 2

예 #5

황산 수용액의 전기분해 과정에서 음극과 양극에서 일어나는 과정에 대한 방정식과 일반 전기분해 방정식을 쓰시오.

황산은 수소 양이온과 황산 이온으로 해리됩니다.

H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-

황산 이온은 산소 함유 산 잔기이기 때문에 수소 양이온 H +는 음극에서 환원되고 물 분자는 양극에서 산화됩니다.

음극: 2Н + + 2e − = H 2 |∙2

양극: 2H 2 O - 4e - = O 2 + 4H + |∙1

4H + + 2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 + 4H +

방정식의 왼쪽과 오른쪽 및 왼쪽에서 수소 이온을 줄이면 황산 수용액의 전기 분해 방정식을 얻습니다.

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2

알 수 있는 바와 같이, 황산 수용액의 전기분해는 물의 전기분해로 환원된다.

예 #6

수산화나트륨 수용액을 전기분해할 때 음극과 음극에서 일어나는 과정에 대한 방정식과 일반 전기분해 방정식을 쓰시오.

수산화나트륨의 해리:

NaOH = Na + + OH -

나트륨은 매우 활성이 높은 금속이기 때문에 음극에서는 물 분자만 환원되고 양극에서는 수산화물 이온만 환원됩니다.

음극: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙2

양극: 4OH − − 4e − = O 2 + 2H 2 O |∙1

4H 2 O + 4OH - \u003d 4OH - + 2H 2 + O 2 + 2H 2 O

왼쪽과 오른쪽에 있는 물 분자 2개와 수산화 이온 4개를 환원하면 황산의 경우와 같이 수산화나트륨 수용액의 전기분해가 물의 전기분해로 환원된다는 결론에 도달합니다.

전기분해(그리스 엘렉트론 - 호박색 + 용해 - 분해)는 직류가 전해질을 통과할 때 발생하는 화학 반응입니다. 이것은 전류의 영향으로 물질을 구성 요소로 분해하는 것입니다.

전기 분해 과정은 양이온(양전하 이온)이 음극(음전하)으로 이동하고 음전하 이온(음이온)이 양극(양전하)으로 이동하는 것입니다.

따라서 음이온과 양이온은 각각 양극과 음극으로 돌진합니다. 이것은 화학 반응이 일어나는 곳입니다. 이 주제에 대한 작업을 성공적으로 해결하고 반응을 작성하려면 음극과 양극에서 프로세스를 분리해야 합니다. 이것이 이 기사가 구축되는 방식입니다.

음극

양이온은 음극에 끌립니다. 양전하 이온: Na +, K +, Cu 2+, Fe 3+, Ag + 등

음극에서 어떤 반응이 일어나는지 확인하려면 먼저 금속의 활성을 결정해야 합니다. 즉, 전기화학적 일련의 금속 전압에서의 위치입니다.

활성 금속(Li, Na, K)이 음극에 나타나면 그 대신 물 분자가 복원되어 수소가 방출됩니다. 금속이 중간 활성(Cr, Fe, Cd)인 경우 수소와 금속 자체가 음극에서 방출됩니다. 불활성 금속은 음극에서 순수한 형태(Cu, Ag)로 분리됩니다.

알루미늄은 일련의 전압에서 활성 및 중간 활성 금속 사이의 경계로 간주됩니다. 음극에서 전기 분해하는 동안 알루미늄 (포함!)까지의 금속은 복원되지 않고 대신 물 분자가 복원되고 수소가 방출됩니다.

수소 이온 - H +가 음극에 공급되는 경우 (예 : 산 HCl, H 2 SO 4의 전기 분해 중) 수소는 산 분자에서 환원됩니다. 2H + - 2e = H 2

양극

음이온은 양극에 끌립니다. 음전하 이온: SO 4 2-, PO 4 3-, Cl -, Br -, I -, F -, S 2-, CH 3 COO -.

산소 함유 음이온의 전기 분해 중: SO 4 2-, PO 4 3- - 음이온은 양극에서 산화되지 않고 물 분자에서 산소가 방출됩니다.

무산소 음이온은 산화되어 해당 할로겐을 방출합니다. 황 산화의 산화에서 황화물 이온. 예외는 불소입니다. 양극에 닿으면 물 분자가 방출되고 산소가 방출됩니다. 불소는 가장 전기 음성도가 높은 원소이므로 예외입니다.

유기산의 음이온은 특별한 방식으로 산화됩니다. 카르복실기에 인접한 라디칼은 두 배가되고 카르복실기 자체 (COO)는 이산화탄소 - CO 2 로 변환됩니다.

솔루션 예시

훈련 과정에서 활동 시리즈에서 생략 된 금속을 만날 수 있습니다. 훈련 단계에서는 확장된 범위의 금속 활동을 사용할 수 있습니다.

이제 음극에서 무엇이 방출되는지 정확히 알 수 있습니다 ;-)

자, 연습해봅시다. AgCl, Cu(NO 3) 2 , AlBr 3 , NaF, FeI 2 , CH 3 COOLi 용액을 전기분해하는 동안 음극과 양극에 무엇이 형성되는지 알아봅시다.

때로는 작업에서 전기 분해 반응을 기록해야 합니다. 나는 당신에게 알려줍니다 : 음극에서 형성되는 것과 양극에서 무엇이 형성되는지 이해한다면 반응을 작성하는 것은 어렵지 않습니다. 예를 들어, NaCl의 전기 분해를 취하고 반응을 작성하십시오.

NaCl + H 2 O → H 2 + Cl 2 + NaOH

나트륨은 활성 금속이므로 수소는 음극에서 방출됩니다. 음이온에는 산소가 포함되어 있지 않으며 할로겐 - 염소가 방출됩니다. 나트륨이 흔적 없이 증발할 수 없도록 방정식을 씁니다. :) 나트륨은 물과 반응하여 NaOH를 형성합니다.

CuSO 4 의 전기분해 반응을 기록해 봅시다.

CuSO 4 + H 2 O → Cu + O 2 + H 2 SO 4

구리는 저활성 금속에 속하므로 순수한 형태로 음극에서 방출됩니다. 음이온은 산소를 함유하므로 반응에서 산소가 방출됩니다. 황산 이온은 어디에도 사라지지 않고 물의 수소와 결합하여 황산으로 변합니다.

용융 전기 분해

지금까지 논의한 모든 것은 용매가 물인 용액의 전기분해에 관한 것입니다.

산업 화학은 순수한 형태의 금속(물질)을 얻는 중요한 작업에 직면해 있습니다. 불활성 금속(Ag, Cu)은 용액을 전기분해하여 쉽게 얻을 수 있습니다.

그러나 활성 금속은 어떻습니까? Na, K, Li? 결국, 용액의 전기 분해 중에 음극에서 순수한 형태로 방출되지 않고 대신 물 분자가 환원되고 수소가 방출됩니다. 이것은 물을 포함하지 않는 용융물이 유용한 곳입니다.

무수 용융물에서 반응은 훨씬 더 간단하게 작성됩니다. 물질은 구성 요소로 분해됩니다.

AlCl 3 → Al + Cl 2

LiBr → Li + Br2

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주목! 슬라이드 미리보기는 정보 제공의 목적으로만 제공되며 프레젠테이션의 전체 범위를 나타내지 않을 수 있습니다. 이 작업에 관심이 있으시면 정식 버전을 다운로드하십시오.

USE 결과는 "전기분해"라는 주제에 대한 작업이 졸업생에게 여전히 어렵다는 것을 보여줍니다. 학교 교과 과정에서 이 주제의 연구에 할당된 시간이 충분하지 않습니다. 따라서 학생들이 시험을 준비할 때 이 문제를 매우 자세하게 공부할 필요가 있습니다. 전기 화학의 기초 지식은 졸업생이 시험에 합격하고 고등 교육 기관에서 계속 교육하는 데 도움이 됩니다. "전기 분해"라는 주제를 충분한 수준에서 공부하려면 시험에 합격한 졸업생과 함께 준비 작업을 수행해야 합니다. : - "전기분해" 주제에서 기본 개념의 정의를 고려합니다. - 전기분해 용융 및 전해질 용액의 과정을 분석합니다. - 음극에서 양이온의 환원과 양극에서 음이온의 산화에 대한 규칙을 수정합니다. 용액의 전기 분해 중 물 분자의 역할) - 전기 분해 과정(음극 및 양극 과정)에 대한 방정식을 작성하는 기술 형성 - 학생들에게 기본 수준( 작업), 높은 수준 및 높은 수준의 표준 작업을 수행하도록 가르칩니다. 복잡성의. 전기분해- 용액에서 발생하는 산화 환원 과정 및 직류 전류의 통과로 전해질의 용융. 전해질의 용액이나 용융물에서는 이온으로 해리됩니다. 전류를 인가하면 이온이 방향성 운동을 하고 전극 표면에서 산화환원 과정이 일어날 수 있다. 양극- 양극, 산화 공정이 진행 중입니다.

음극은 음극이며 복구 과정이 진행 중입니다.

용융 전기 분해알루미늄(포함)까지의 일련의 전압에 위치한 활성 금속을 얻는 데 사용됩니다.

염화나트륨 용융물의 전기분해

K(-) Na + + 1e -> Na 0

A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 2 0

2NaCl(전류) -> 2Na + Cl 2 (용융 전기분해 전용).

알루미늄은 용융된 빙정석(Na 3 AlF 6 )에 있는 산화알루미늄 용액을 전기분해하여 얻습니다.

2Al 2 O 3 (전자전류) -> 4Al + 3O 2

K(-)Al 3+ +3e‾ ->Al

A(+)2O 2‾ -2e‾ ->O 2

수산화칼륨 용융물의 전기분해.

KOH->K + +OH‾

K(-) K + + 1e -> K 0

A(+) 4OH - - 4e -> O 2 O + 2H 2 O

4KOH(전류) -> 4K 0 + O 2 0 + 2H 2 O

수용액의 전기분해는 이 경우 전극에서 물 분자가 환원되거나 산화될 수 있기 때문에 더 어렵습니다.

염 수용액의 전기분해전극 공정의 음극과 양극에서 물 분자가 참여할 수 있기 때문에 더 복잡합니다.

수용액의 전기 분해 규칙.

음극에서:

1. 리튬에서 알루미늄(포함) 및 양이온에 이르는 일련의 금속 전압에 위치한 양이온 NH4 +복원되지 않고 대신 물 분자가 복원됩니다.

2H 2 O + 2e->H 2 + 2OH -

2. 알루미늄에서 수소로 이어지는 일련의 전압에 위치한 양이온은 물 분자와 함께 환원될 수 있습니다.

2H 2 O + 2e->H 2 + 2OH -

Zn2+ + 2e->아연 0

3. 수소가 완전히 회복된 후 일련의 전압에 위치한 양이온: Ag + + 1e->Ag 0

4. 수소 이온은 산성 용액에서 환원됩니다. 2시간 + + 2e->H2

양극:

1. 산소 함유 음이온 및 에프--산화하지 마십시오. 대신 물 분자가 산화됩니다.

2H 2 O - 4e->O 2 + 4H +

2.황, 요오드, 브롬, 염소의 음이온(이 순서대로)은 단순 물질로 산화됩니다.

2Cl - - 2e->클 2 0초 2- - 2e->S0

3. 수산화물 이온은 알칼리 용액에서 산화됩니다.

4OH - - 4e->O 2 + 2H 2 O

4. 음이온은 카르복실산 염 용액에서 산화됩니다.

2 R - SOO - - 2e->R - R + 2CO 2

5. 가용성 양극을 사용할 때 양극 자체는 양극이 만들어지는 금속 원자의 산화로 인해 전자를 외부 회로로 보냅니다.

Cu 0 - 2e->2+

전해질 수용액의 전기분해 공정의 예

실시예 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 +

전기분해의 일반 방정식: 2H 2 O (el. current) -> 2 H 2 + O 2

실시예 2. NaCl ->Na + +Cl‾

K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -

A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 2 0

2NaCl + 2H 2 O(전류) -> H 2 + 2NaOH + Cl 2

예 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-

K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu

A(+)2H 2 O – 4e‾ -> O 2 + 4H +

일반 전기분해 방정식: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (el. current) -> 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4

예 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

일반 전기분해 방정식:

CH 3 COONa + 2H 2 O(전류) -> H 2 + 2NaHCO 3 + C 2 H 6

기본 복잡성 수준의 작업

"용해물 및 염 용액의 전기 분해"주제에 대한 테스트. 일련의 금속 응력".

1. 알칼리는 수용액에서 전기 분해 생성물 중 하나입니다.

1) KCI 2) CuSO4 3) FeCl2 4) AgNO3

2. 질산칼륨 수용액을 전기분해하는 동안 양극에서 다음이 방출됩니다. 1) 약 2 2) NO 2 3) N 2 4) H 23. 수용액의 전기분해 동안 수소가 형성된다: 1) 칼슘 2 2) CuSO 4 3) Hg(NO 3) 2 4) AgNO 34 사이에서 반응이 가능합니다. 1) Ag와 K 2 SO 4(용액) 2) Zn 및 KCl(용액) 3) 마그네슘 및 SnCI 2(용액) 4) Ag 및 CuSO 4 (용액) 5. 음극에서 요오드화나트륨 용액을 전기분해하는 동안 용액의 리트머스 색상: 1) 빨간색 2 ) 푸른 3) 보라색 4) 노란색6. 불화칼륨 수용액을 전기분해하는 동안 음극에서 다음이 방출됩니다. 1) 수소 2) 불화수소 3) 불소 4) 산소

"전기 분해"주제에 대한 작업

1. 20% 일반염 용액 400g의 전기분해는 음극에서 11.2리터(n.o.)의 가스가 방출되었을 때 중지되었습니다. 원래 염의 분해 정도(%)는 다음과 같습니다.

1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18

문제의 해결책.우리는 전기 분해 반응 방정식을 작성합니다 : 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOHm (NaCl) \u003d 400 ∙ 0.2 \u003d 80g의 소금이 용액에 존재했습니다. ν (H 2) \u003d 11.2 / 03d4 \u0 0.5 mol ν(NaCl)=0.5∙2=1 mol(NaCl)= 1∙58.5=58.5g의 염이 전기분해 중 분해됨 염분해도 58.5/80=0.73 또는 73%.

답: 소금의 73%가 분해되었습니다.

2. 염이 완전히 소모될 때까지 10% 황산크롬(III) 용액 200g을 전기분해합니다(금속이 음극에서 방출됨). 사용된 물의 질량(g)은 다음과 같습니다.

1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52

문제의 해결책.우리는 전기 분해 반응 방정식을 작성합니다. 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 \u003 gd 2.763

복잡성이 증가된 작업 B3

1. 염 공식과 수용액의 전기분해 동안 양극에서 발생하는 공정 방정식 사이의 대응 관계를 설정하십시오.

3. 염 공식과 수용액의 전기분해 동안 음극에서 발생하는 공정 방정식 사이의 대응 관계를 설정하십시오.

5. 물질의 이름과 수용액의 전기분해 생성물 사이의 일치성을 설정합니다.

답변: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. 따라서 졸업생들은 전기분해라는 주제를 공부하여 이 부분을 잘 마스터하고 시험에서 좋은 결과를 보입니다. 자료 연구에는 이 주제에 대한 프레젠테이션이 수반됩니다.