Elektrolýza tavenín a roztokov (soli, alkálie)
Ak sú elektródy spustené do roztoku elektrolytu alebo taveniny a prechádza konštantný elektrický prúd, potom sa ióny budú pohybovať v smere: katióny ku katóde (záporne nabitá elektróda), anióny k anóde (kladne nabitá elektróda).
Na katóde katióny prijímajú elektróny a redukujú sa, na anóde anióny darujú elektróny a sú oxidované. Tento proces sa nazýva elektrolýza.
Elektrolýza je redoxný proces, ktorý sa vyskytuje na elektródach, keď elektrický prúd prechádza cez taveninu alebo roztok elektrolytu.
Elektrolýza roztavených solí
Zvážte proces elektrolýzy taveniny chloridu sodného. Proces tepelnej disociácie prebieha v tavenine:
$NaCl→Na^(+)+Cl^(-).$
Pri pôsobení elektrického prúdu sa katióny $Na^(+)$ pohybujú smerom ku katóde a prijímajú z nej elektróny:
$Na^(+)+ē→(Na)↖(0)$ (reštaurovanie).
Anióny $Cl^(-)$ sa pohybujú smerom k anóde a darujú elektróny:
$2Cl^(-)-2ē→(Cl_2)↖(0)$ (oxidácia).
Celková rovnica procesov:
$Na^(+)+ē→(Na)↖(0)|2$
$2Cl^(-)-2ē→(Cl_2)↖(0)|1$
$2Na^(+)+2Cl^(-)=2(Na)↖(0)+(Cl_2)↖(0)$
$2NaCl(→)↖(\text"elektrolýza")2Na+Cl_2$
Kovový sodík sa tvorí na katóde a plynný chlór na anóde.
Hlavná vec, ktorú si musíte pamätať, je, že v procese elektrolýzy dochádza k chemickej reakcii v dôsledku elektrickej energie, ktorá nemôže spontánne pokračovať.
Elektrolýza vodných roztokov elektrolytov
Zložitejším prípadom je elektrolýza roztokov elektrolytov.
V roztoku soli sú okrem kovových iónov a kyslého zvyšku molekuly vody. Preto pri zvažovaní procesov na elektródach je potrebné brať do úvahy ich účasť na elektrolýze.
Na stanovenie produktov elektrolýzy vodných roztokov elektrolytov existujú tieto pravidlá:
1. Proces na katóde nezávisí od materiálu, z ktorého je katóda vyrobená, ale od polohy kovu (katión elektrolytu) v elektrochemickom rade napätí, a ak:
1.1. Katión elektrolytu sa nachádza v sérii napätia na začiatku série vzhľadom na $Al$ vrátane, potom na katóde prebieha proces redukcie vody (uvoľňuje sa vodík $H_2$). Kovové katióny sa neredukujú, zostávajú v roztoku.
1.2. Katión elektrolytu je v sérii napätí medzi hliníkom a vodíkom, potom sa na katóde redukujú kovové ióny aj molekuly vody.
1.3. Katión elektrolytu je v sérii napätia za vodíkom, potom sa katióny kovov redukujú na katóde.
1.4. Roztok obsahuje katióny rôznych kovov, potom sa najskôr obnoví kovový katión, ktorý stojí v sérii napätí vpravo.
katódové procesy
2. proces na anóde závisí od materiálu anódy a od povahy aniónu.
Anódové procesy
2.1. Ak anóda sa rozpúšťa(železo, zinok, meď, striebro a všetky kovy, ktoré sa oxidujú pri elektrolýze), potom sa oxiduje anódový kov bez ohľadu na povahu aniónu.
2.2. Ak anóda sa nerozpúšťa(nazýva sa to inertný - grafit, zlato, platina), potom:
a) pri elektrolýze soľných roztokov anoxické kyseliny (okrem fluoridov) anión sa oxiduje na anóde;
b) pri elektrolýze soľných roztokov kyslíkaté kyseliny a fluoridy na anóde prebieha proces oxidácie vody (uvoľňuje sa $O_2$). Anióny nie sú oxidované, zostávajú v roztoku;
c) anióny podľa ich schopnosti oxidácie sú usporiadané v tomto poradí:
Skúsme tieto pravidlá aplikovať v konkrétnych situáciách.
Zvážte elektrolýzu roztoku chloridu sodného, ak je anóda nerozpustná a ak je anóda rozpustná.
1) Anóda nerozpustný(napríklad grafit).
V roztoku prebieha proces elektrolytickej disociácie:
Súhrnná rovnica:
$2H_20+2Cl^(-)=H_2+Cl_2+2OH^(-)$.
Berúc do úvahy prítomnosť $Na^(+)$ iónov v roztoku, zostavíme molekulovú rovnicu:
2) Anóda rozpustný(napríklad meď):
$NaCl=Na^(+)+Cl^(-)$.
Ak je anóda rozpustná, kov anódy bude oxidovať:
$Cu^(0)-2ē=Cu^(2+)$.
Katióny $Cu^(2+)$ prichádzajú po ($H^(+)$) v sérii napätia, takže na katóde budú redukované.
Koncentrácia $NaCl$ v roztoku sa nemení.
Zvážte elektrolýzu roztoku síranu meďnatého (II). nerozpustná anóda:
$Cu^(2+)+2ē=Cu^(0)|2$
$2H_2O-4ē=O_2+4H^(+)|1$
Celková iónová rovnica:
$2Cu^(2+)+2H_2O=2Cu^(0)+O_2+4H^(+)$
Celková molekulová rovnica, berúc do úvahy prítomnosť $SO_4^(2-)$ aniónov v roztoku:
Uvažujme o elektrolýze roztoku hydroxidu draselného nerozpustná anóda:
$2H_2O+2ē=H_2+2OH^(-)|2$
$4OH^(-)-4ē=O_2+2H_2O|1$
Celková iónová rovnica:
$4H_2O+4OH^(-)=2H_2+4OH^(-)+O_2+2H_2O$
Celková molekulová rovnica:
$2H_2O(→)↖(\text"elektrolýza")2H_2+O_2$
V tomto prípade sa ukazuje, že prebieha iba elektrolýza vody. Podobný výsledok získame aj v prípade elektrolýzy roztokov $H_2SO_4, NaNO_3, K_2SO_4$ atď.
Elektrolýza tavenín a roztokov látok je široko používaná v priemysle:
- Na získanie kovov (hliník, horčík, sodík, kadmium sa získavajú iba elektrolýzou).
- Na výrobu vodíka, halogénov, alkálií.
- Na čistenie kovov - rafinácia (čistenie medi, niklu, olova sa vykonáva elektrochemickou metódou).
- Na ochranu kovov pred koróziou (chróm, nikel, meď, striebro, zlato) — galvanické pokovovanie.
- Na získanie kovových kópií, záznamov - elektrotyp.
Späť dopredu
Pozor! Ukážka snímky slúži len na informačné účely a nemusí predstavovať celý rozsah prezentácie. Ak vás táto práca zaujala, stiahnite si plnú verziu.
Výsledky USE ukazujú, že úlohy na tému „Elektrolýza“ zostávajú pre absolventov náročné. V školských osnovách je na štúdium tejto témy vyčlenený nedostatočný počet hodín. Preto pri príprave študentov na skúšku je potrebné si túto problematiku veľmi podrobne naštudovať. Znalosť základov elektrochémie pomôže absolventovi úspešne zložiť skúšku a pokračovať vo vzdelávaní na vysokej škole Pre štúdium témy „Elektrolýza“ na dostatočnej úrovni je potrebné vykonať prípravné práce s absolventmi, ktorí skúšku zložia. : - zvážiť definície základných pojmov v téme „Elektrolýza“; - analyzovať proces elektrolýznych tavenín a roztokov elektrolytov; - stanoviť pravidlá pre redukciu katiónov na katóde a oxidáciu aniónov na anóde (tzv. úloha molekúl vody pri elektrolýze roztokov); - vytváranie zručností pri zostavovaní rovníc pre proces elektrolýzy (katódové a anódové procesy); - učiť študentov vykonávať štandardné úlohy základnej úrovne (úlohy), vysokej a vysokej úrovne zložitosti. Elektrolýza- redoxný proces prebiehajúci v roztokoch a taveninách elektrolytov pri prechode jednosmerného elektrického prúdu. V roztoku alebo tavenine elektrolytu sa disociuje na ióny. Keď sa zapne elektrický prúd, ióny získajú riadený pohyb a na povrchu elektród môžu nastať redoxné procesy. anóda- kladná elektróda, prebiehajú na nej oxidačné procesy.
Katóda je negatívna elektróda, prebiehajú na nej regeneračné procesy.
Elektrolýza taveniny používa sa na získanie aktívnych kovov umiestnených v sérii napätí až po hliník (vrátane).
Elektrolýza taveniny chloridu sodného
K(-)Na+ + le -> Na0
A(+)2CI - - 2e -> Cl20
2NaCl (elektronický prúd) -> 2Na + Cl 2 (len pre elektrolýzu taveniny).
Hliník sa získava elektrolýzou roztoku oxidu hlinitého v roztavenom kryolite (Na 3 AlF 6).
2Al 2 O 3 (elektronický prúd) -> 4Al + 3O 2
K(-)Al 3+ +3e‾ ->Al
A(+)202‾ -2e‾ ->02
Elektrolýza taveniny hydroxidu draselného.
KOH->K + +OH‾
K(-) K + + 1e -> K 0
A (+) 4OH - - 4e -> 020 + 2H20
4KOH (elektrický prúd) -> 4K 0 + O 2 0 + 2 H 2 O
Elektrolýza vodných roztokov je ťažšia, pretože molekuly vody môžu byť v tomto prípade redukované alebo oxidované na elektródach.
Elektrolýza vodných roztokov solí je komplikovanejšia z dôvodu možnej účasti molekúl vody na katóde a na anóde v elektródových procesoch.
Pravidlá elektrolýzy vo vodných roztokoch.
Na katóde:
1. Katióny nachádzajúce sa v sérii kovových napätí od lítia po hliník (vrátane), ako aj katióny NH4+ sa neobnovia, namiesto toho sa obnovia molekuly vody:
2H20 + 2e->H2 + 2OH -
2. Katióny nachádzajúce sa v sérii napätí po hliníku na vodík môžu byť redukované spolu s molekulami vody:
2H20 + 2e->H2 + 2OH -
Zn2+ + 2e->Zn 0
3. Katióny nachádzajúce sa v sérii napätí po úplnej obnove vodíka: Ag + + 1e->Ag 0
4. Vodíkové ióny sa redukujú v kyslých roztokoch: 2H++ 2e->H 2
Na anóde:
1. Anióny obsahujúce kyslík a F-- neoxidujú, namiesto nich sa oxidujú molekuly vody:
2H20 - 4e->02 + 4H+
2. Anióny síry, jódu, brómu, chlóru (v tomto poradí) sa oxidujú na jednoduché látky:
2Cl - - 2e->Cl 2 0 S 2- - 2e->S0
3. Hydroxidové ióny sa oxidujú v alkalických roztokoch:
4OH - - 4e->02 + 2H20
4. Anióny sa oxidujú v roztokoch solí karboxylových kyselín:
2 R - SOO - - 2e->R - R + 2CO2
5. Pri použití rozpustných anód, anóda sama vysiela elektróny do vonkajšieho obvodu v dôsledku oxidácie atómov kovu, z ktorého je anóda vyrobená:
Cu 0 - 2e->Сu 2+
Príklady procesov elektrolýzy vo vodných roztokoch elektrolytov
Príklad 1 K2SO4 -> 2K + + SO4 2-
K(-)2H20 + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2H20 – 4e‾ -> 02 + 4H+
Všeobecná rovnica elektrolýzy: 2H 2 O (elektrický prúd) -> 2 H 2 + O 2
Príklad 2. NaCl ->Na + +Cl‾
K(-)2H20 + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2CI - - 2e -> Cl20
2NaCl + 2H20 (el. prúd) -> H2 + 2NaOH + Cl2
Príklad 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-
K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu
A(+)2H20 – 4e‾ -> 02 + 4H+
Všeobecná rovnica elektrolýzy: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (el. prúd) -> 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4
Príklad 4. CH3COONa->CH3COO+Na+
K(-)2H20 + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2CH3COO‾– 2e‾ ->C2H6+2CO2
Všeobecná rovnica elektrolýzy:
CH3COONa + 2H20 (elektrický prúd) -> H2 + 2NaHC03 + C2H6
Úlohy základnej úrovne zložitosti
Test na tému „Elektrolýza tavenín a roztokov solí. Séria napätí kovov“.
1. Alkálie sú jedným z produktov elektrolýzy vo vodnom roztoku:
1) KCI 2) CuSO4 3) FeCI2 4) AgNO3
2. Pri elektrolýze vodného roztoku dusičnanu draselného sa na anóde uvoľňuje: 1) O 2 2) NO 2 3) N 2 4) H 23. Vodík vzniká pri elektrolýze vodného roztoku: 1) CaCI 2 2) CuSO 4 3) Hg (NO 3) 2 4) AgNO 34. Reakcia je možná medzi: 1) Ag a K 2 SO 4 (roztok) 2) Zn a KCI (roztok) 3) Mg a SnCI 2(roztok) 4) Ag a CuS04 (roztok) 5. Počas elektrolýzy roztoku jodidu sodného na katóde je farba lakmusu v roztoku: 1) červená 2 ) Modrá 3) fialová 4) žltá6. Pri elektrolýze vodného roztoku fluoridu draselného sa na katóde uvoľňuje: 1) vodík 2) fluorovodík 3) fluór 4) kyslík
Úlohy na tému „Elektrolýza“
1. Elektrolýza 400 g 20 % roztoku kuchynskej soli bola zastavená, keď sa na katóde uvoľnilo 11,2 litra (n.o.) plynu. Stupeň rozkladu pôvodnej soli (v %) je:
1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18
Riešenie problému. Zostavíme rovnicu reakcie elektrolýzy: 2NaCl + 2H20 → H2 + Cl2 + 2NaOHm (NaCl) \u003d 400 ∙ 0,2 \u003d V roztoku bolo 80 g soli. ν (H 2) \u003d 11,2 / 22 d. 0,5 mol ν(NaCl)=0,5∙2=1 mol(NaCl)= 1∙58,5=58,5 g soli sa rozložilo počas elektrolýzy Stupeň rozkladu soli 58,5/80=0,73 alebo 73 %.Odpoveď: 73 % soli sa rozložilo.
2. Elektrolýza 200 g 10% roztoku síranu chromitého, kým sa soľ úplne nespotrebuje (na katóde sa uvoľní kov). Hmotnosť (v gramoch) použitej vody je:
1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52
Riešenie problému. Zostavíme rovnicu reakcie elektrolýzy: 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 20 g (V (Cr ) SO 4) 3) \u003d 20/392 \u003d 0,051 mol ν (H20) \u003d 0,051 ∙ 3 \u003d 0,153 mol (H20) \u003d 0,153 18 \u003dÚlohy so zvýšenou úrovňou zložitosti B3
1. Stanovte zhodu medzi vzorcom soli a rovnicou procesu, ktorý prebieha na anóde počas elektrolýzy jej vodného roztoku.
3. Stanovte zhodu medzi vzorcom soli a rovnicou procesu prebiehajúceho na katóde počas elektrolýzy jej vodného roztoku.
5. Vytvorte súlad medzi názvom látky a produktmi elektrolýzy jej vodného roztoku.
Odpovede: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. Pri štúdiu témy elektrolýza teda absolventi túto sekciu dobre ovládajú a na skúške vykazujú dobré výsledky. Štúdium materiálu je sprevádzané prezentáciou na túto tému.Elektróda, kde prebieha redukcia, sa nazýva katóda.
Elektródou, na ktorej dochádza k oxidácii, je anóda.
Zvážte procesy, ktoré sa vyskytujú počas elektrolýzy roztavených solí anoxických kyselín: HCl, HBr, HI, H2S (s výnimkou fluorovodíkovej alebo fluorovodíkovej - HF).
V tavenine takáto soľ pozostáva z kovových katiónov a aniónov zvyškov kyseliny.
napr. NaCl = Na++ Cl -
Na katóde: Na + + ē = Na vzniká kovový sodík (vo všeobecnom prípade kov, ktorý je súčasťou soli)
Na anóde: 2Cl - - 2ē \u003d Cl 2 vzniká plynný chlór (vo všeobecnosti halogén, ktorý je súčasťou zvyšku kyseliny - okrem fluóru - alebo síra)
Uvažujme o procesoch, ktoré sa vyskytujú počas elektrolýzy roztokov elektrolytov.
Procesy prebiehajúce na elektródach sú určené hodnotou štandardného elektródového potenciálu a koncentráciou elektrolytu (Nernstova rovnica). Školský kurz nezohľadňuje závislosť elektródového potenciálu od koncentrácie elektrolytu a nepoužíva číselné hodnoty štandardného elektródového potenciálu. Študentom stačí vedieť, že v sérii elektrochemického napätia kovov (séria aktivity kovu) je hodnota štandardného elektródového potenciálu páru Me + n / Me:
- zvyšuje zľava doprava
- kovy v rade až po vodík majú zápornú hodnotu tejto veličiny
- vodík, keď sa redukuje reakciou 2H ++ 2ē \u003d H 2, (t.j. z kyselín) má hodnotu nulového štandardného elektródového potenciálu
- kovy v rade za vodíkom majú kladnú hodnotu tejto veličiny
! vodík pri redukcii podľa reakcie:
2H20 + 2é \u003d 2OH - + H2, (t.j. z vody v neutrálnom prostredí) má negatívnu hodnotu štandardného elektródového potenciálu -0,41
Materiál anódy môže byť rozpustný (železo, chróm, zinok, meď, striebro a iné kovy) a nerozpustný - inertný - (uhlie, grafit, zlato, platina), takže roztok bude obsahovať ióny vznikajúce pri rozpustení anódy:
Ja - nē = Ja + n
Výsledné kovové ióny budú prítomné v roztoku elektrolytu a bude potrebné vziať do úvahy aj ich elektrochemickú aktivitu.
Na základe toho možno pre procesy prebiehajúce na katóde definovať nasledujúce pravidlá:
1. Katión elektrolytu sa nachádza v elektrochemickej sérii kovových napätí až po hliník vrátane, prebieha proces redukcie vody:
2H20 + 2é \u003d 2OH -+H2
Kovové katióny zostávajú v roztoku v katódovom priestore
2. Katión elektrolytu sa nachádza medzi hliníkom a vodíkom, v závislosti od koncentrácie elektrolytu prebieha buď proces redukcie vody alebo proces redukcie kovových iónov. Keďže koncentrácia nie je v úlohe špecifikovaná, zaznamenávajú sa oba možné procesy:
2H20 + 2é \u003d 2OH -+H2
Ja + n + nē = Ja
3. katión elektrolytu - sú to ióny vodíka, t.j. elektrolyt je kyselina. Vodíkové ióny sa obnovia:
2H++ 2ē \u003d H 2
4. Katión elektrolytu sa nachádza za vodíkom, katióny kovov sú redukované.
Ja + n + nē = Ja
Proces na anóde závisí od materiálu anódy a povahy aniónu.
1. Ak je anóda rozpustená (napríklad železo, zinok, meď, striebro), potom sa kov anódy oxiduje.
Ja - nē = Ja + n
2. Ak je anóda inertná, t.j. nerozpustné (grafit, zlato, platina):
a) Pri elektrolýze roztokov solí anoxických kyselín (okrem fluoridov) dochádza k oxidácii aniónu;
2Cl - - 2ē \u003d Cl 2
2Br - - 2ē \u003d Br 2
2I - - 2ē \u003d I 2
S2 - - 2ē = S
b) Pri elektrolýze alkalických roztokov prebieha proces oxidácie hydroxoskupiny OH - :
40H - - 4 h \u003d 2H20 + O2
c) Pri elektrolýze roztokov solí kyselín obsahujúcich kyslík: HNO 3, H 2 SO 4, H 2 CO 3, H 3 PO 4, a fluoridov dochádza k oxidácii vody.
2H20 - 4é \u003d 4H++02
d) Pri elektrolýze acetátov (solí kyseliny octovej alebo etánovej) sa acetátový ión oxiduje na etán a oxid uhoľnatý (IV) - oxid uhličitý.
2SN 3 TAK - - 2 é \u003d C2H6 + 2CO2
Príklady úloh.
1. Vytvorte súlad medzi vzorcom soli a produktom vytvoreným na inertnej anóde počas elektrolýzy jej vodného roztoku.
SOĽNÝ FORMULÁR
A) NiSO 4
B) NaClO 4
B) LiCl
D) RbBr
PRODUKT NA ANÓDE
1) S 2) SO 2 3) Cl 2 4) O 2 5) H 2 6) Br 2
Riešenie:
Keďže úloha špecifikuje inertnú anódu, berieme do úvahy iba zmeny, ku ktorým dochádza pri kyslých zvyškoch vytvorených počas disociácie solí:
SO 42 - kyslý zvyšok kyseliny obsahujúcej kyslík. Voda sa oxiduje a uvoľňuje sa kyslík. odpoveď 4
ClO4 - kyslý zvyšok kyseliny obsahujúcej kyslík. Voda sa oxiduje a uvoľňuje sa kyslík. odpoveď 4.
Cl - kyslý zvyšok kyseliny bez kyslíka. Existuje proces oxidácie samotného zvyšku kyseliny. Uvoľňuje sa chlór. odpoveď 3.
Br - kyslý zvyšok kyseliny bez kyslíka. Existuje proces oxidácie samotného zvyšku kyseliny. Uvoľňuje sa bróm. odpoveď 6.
Všeobecná odpoveď: 4436
2. Vytvorte súlad medzi vzorcom soli a produktom vytvoreným na katóde počas elektrolýzy jej vodného roztoku.
SOĽNÝ FORMULÁR
A) Al (NO 3) 3
B) Hg (NO 3) 2
B) Cu (NO 3) 2
D) NaNO 3
PRODUKT NA ANÓDE
1) vodík 2) hliník 3) ortuť 4) meď 5) kyslík 6) sodík
Riešenie:
Keďže úloha špecifikuje katódu, berieme do úvahy iba zmeny, ku ktorým dochádza v prípade kovových katiónov vytvorených počas disociácie solí:
Al 3+ v súlade s pozíciou hliníka v elektrochemickej sérii kovových napätí (od začiatku série po hliník vrátane), bude prebiehať proces znižovania vody. Uvoľňuje sa vodík. odpoveď 1.
Hg2+ v súlade s polohou ortuti (za vodíkom) bude prebiehať proces redukcie iónov ortuti. Vzniká ortuť. odpoveď 3.
Cu2+ v súlade s polohou medi (za vodíkom) bude prebiehať proces redukcie iónov medi. odpoveď 4.
Na+ v súlade s polohou sodíka (od začiatku série po hliník vrátane) bude prebiehať proces znižovania vody. odpoveď 1.
Všeobecná odpoveď: 1341
Vytvorte súlad medzi vzorcom soli a produktom vytvoreným na inertnej anóde počas elektrolýzy jej vodného roztoku: pre každú polohu označenú písmenom vyberte zodpovedajúcu polohu označenú číslom.
| SOĽNÝ FORMULÁR | PRODUKT NA ANÓDE | |
| A | B | V | G |
Riešenie.
Pri elektrolýze vodných roztokov solí, zásad a kyselín na inertnej anóde:
Voda sa vypúšťa a kyslík sa uvoľňuje, ak ide o soľ kyseliny obsahujúcej kyslík alebo soľ kyseliny fluorovodíkovej;
Hydroxidové ióny sa vybíjajú a kyslík sa uvoľňuje, ak je alkalický;
Zvyšky kyseliny, ktoré sú súčasťou soli, sa vypustia a uvoľní sa zodpovedajúca jednoduchá látka, ak ide o soľ kyseliny bez kyslíka (okrem).
Proces elektrolýzy solí karboxylových kyselín prebieha špeciálnym spôsobom.
Odpoveď: 3534.
Odpoveď: 3534
Zdroj: Yandex: USE tréningová práca v chémii. Možnosť 1.
Vytvorte súlad medzi vzorcom látky a produktom vytvoreným na katóde počas elektrolýzy jej vodného roztoku: pre každú polohu označenú písmenom vyberte zodpovedajúcu polohu označenú číslom.
| LÁTKA | PRODUKT ELEKTROLYZY, VYROBENÉ NA KATODE |
|
Ako odpoveď si zapíšte čísla a zoraďte ich v poradí zodpovedajúcom písmenám:
| A | B | V | G |
Riešenie.
Počas elektrolýzy vodných roztokov solí sa na katóde uvoľňuje:
Vodík, ak je to soľ kovu, ktorý je v rade kovových napätí vľavo od hliníka;
Kov, ak je to soľ kovu, ktorý je v sérii kovových napätí napravo od vodíka;
Kov a vodík, ak ide o soľ kovu v sérii kovových napätí medzi hliníkom a vodíkom.
Odpoveď: 3511.
Odpoveď: 3511
Zdroj: Yandex: USE tréningová práca v chémii. Možnosť 2.
Vytvorte súlad medzi vzorcom soli a produktom vytvoreným na inertnej anóde počas elektrolýzy jej vodného roztoku: pre každú polohu označenú písmenom vyberte zodpovedajúcu polohu označenú číslom.
| SOĽNÝ FORMULÁR | PRODUKT NA ANÓDE | |
Ako odpoveď si zapíšte čísla a zoraďte ich v poradí zodpovedajúcom písmenám:
| A | B | V | G |
Riešenie.
Pri elektrolýze vodných roztokov solí kyselín obsahujúcich kyslík a fluoridov dochádza k oxidácii kyslíka z vody, preto sa kyslík uvoľňuje na anóde. Pri elektrolýze vodných roztokov anoxických kyselín sa kyslý zvyšok oxiduje.
Odpoveď: 4436.
Odpoveď: 4436
Vytvorte súlad medzi vzorcom látky a produktom, ktorý vzniká na inertnej anóde v dôsledku elektrolýzy vodného roztoku tejto látky: pre každú polohu označenú písmenom vyberte zodpovedajúcu polohu označenú číslom.
| LÁTKA | PRODUKT NA ANÓDE |
2) oxid sírový (IV) 3) oxid uhoľnatý (IV) 5) kyslík 6) oxid dusnatý (IV) |
Ako odpoveď si zapíšte čísla a zoraďte ich v poradí zodpovedajúcom písmenám:
| A | B | V | G |
Čo je elektrolýza? Pre jednoduchšie pochopenie odpovede na túto otázku si predstavme akýkoľvek zdroj jednosmerného prúdu. Pre každý zdroj jednosmerného prúdu môžete vždy nájsť kladný a záporný pól:
Pripojme k nemu dve chemicky odolné elektricky vodivé dosky, ktoré budeme nazývať elektródy. Doska spojená s kladným pólom sa nazýva anóda a so záporným pólom sa nazýva katóda:
Chlorid sodný je elektrolyt; keď sa topí, disociuje sa na sodné katióny a chloridové ióny:
NaCl \u003d Na + + Cl -
Je zrejmé, že záporne nabité anióny chlóru pôjdu na kladne nabitú elektródu - anódu a kladne nabité katióny Na + na záporne nabitú elektródu - katódu. V dôsledku toho sa vybijú katióny Na + aj anióny Cl -, to znamená, že sa stanú neutrálnymi atómami. K výboju dochádza akvizíciou elektrónov v prípade iónov Na + a stratou elektrónov v prípade iónov Cl −. To znamená, že proces prebieha na katóde:
Na + + 1e − = Na 0,
A na anóde:
Cl − − 1e − = Cl
Pretože každý atóm chlóru má nepárový elektrón, ich jediná existencia je nepriaznivá a atómy chlóru sa spájajú do molekuly dvoch atómov chlóru:
Сl∙ + ∙Cl \u003d Cl 2
Celkovo je teda proces vyskytujúci sa na anóde správnejšie napísaný takto:
2Cl-2e- = Cl2
To znamená, že máme:
Katóda: Na + + 1e − = Na 0
Anóda: 2Cl - - 2e - = Cl2
Zhrňme si elektronickú bilanciu:
Na + + 1e − = Na 0 |∙2
2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1<
Pridajte ľavú a pravú stranu oboch rovníc polovičné reakcie, dostaneme:
2Na + + 2e − + 2Cl − − 2e − = 2Na 0 + Cl 2
Redukujeme dva elektróny rovnakým spôsobom, ako sa to robí v algebre, dostaneme iónovú rovnicu elektrolýzy:
2NaCl (1.) => 2Na + Cl 2
Z teoretického hľadiska je vyššie uvedený prípad najjednoduchší, pretože v tavenine chloridu sodného boli medzi kladne nabitými iónmi iba ióny sodíka a medzi zápornými iba anióny chlóru.
Inými slovami, ani Na + katióny, ani Cl − anióny nemali „konkurentov“ pre katódu a anódu.
A čo sa stane napríklad, ak namiesto taveniny chloridu sodného prejde jeho vodným roztokom prúd? V tomto prípade je tiež pozorovaná disociácia chloridu sodného, ale tvorba kovového sodíka vo vodnom roztoku je nemožná. Veď vieme, že sodík, zástupca alkalických kovov, je mimoriadne aktívny kov, ktorý veľmi búrlivo reaguje s vodou. Ak za takýchto podmienok nie je možné redukovať sodík, čo sa potom zníži na katóde?
Spomeňme si na štruktúru molekuly vody. Je to dipól, to znamená, že má záporný a kladný pól:
Vďaka tejto vlastnosti je schopný „prilepiť“ povrch katódy aj povrch anódy:
Môžu prebiehať nasledujúce procesy:
2H20 + 2e - \u003d 2OH - + H2
2H20 - 4e - \u003d 02 + 4H+
Ukazuje sa teda, že ak vezmeme do úvahy roztok akéhokoľvek elektrolytu, uvidíme, že katióny a anióny vznikajúce pri disociácii elektrolytu súťažia s molekulami vody o redukciu na katóde a oxidáciu na anóde.
Aké procesy teda budú prebiehať na katóde a na anóde? Vybíjanie iónov vznikajúcich pri disociácii elektrolytu alebo oxidácii/redukcii molekúl vody? Alebo možno všetky tieto procesy prebehnú súčasne?
V závislosti od typu elektrolytu sú možné rôzne situácie počas elektrolýzy jeho vodného roztoku. Napríklad katióny alkalických kovov, kovov alkalických zemín, hliníka a horčíka sa vo vodnom prostredí jednoducho redukovať nedajú, pretože ich redukciou by mali byť alkalické kovy, kovy alkalických zemín, hliník alebo horčík, t.j. kovy, ktoré reagujú s vodou.
V tomto prípade je možná len redukcia molekúl vody na katóde.
Je možné si zapamätať, aký proces bude prebiehať na katóde počas elektrolýzy roztoku akéhokoľvek elektrolytu, a to podľa nasledujúcich zásad:
1) Ak elektrolyt pozostáva z kovového katiónu, ktorý vo voľnom stave za normálnych podmienok reaguje s vodou, prebieha na katóde tento proces:
2H20 + 2e - \u003d 2OH - + H2
Týka sa to kovov, ktoré sú na začiatku série aktivity Al vrátane.
2) Ak elektrolyt pozostáva z kovového katiónu, ktorý vo voľnej forme nereaguje s vodou, ale reaguje s neoxidačnými kyselinami, prebiehajú naraz dva procesy, a to ako redukcia katiónov kovov, tak aj molekúl vody:
Me n+ + ne = Me 0
Tieto kovy zahŕňajú kovy medzi Al a H v sérii aktivít.
3) Ak elektrolyt pozostáva z vodíkových katiónov (kyselín) alebo katiónov kovov, ktoré nereagujú s neoxidačnými kyselinami, obnovia sa iba katióny elektrolytu:
2H + + 2e - \u003d H2 - v prípade kyseliny
Me n + + ne = Me 0 - v prípade soli
Na anóde je medzitým situácia nasledovná:
1) Ak elektrolyt obsahuje anióny bezkyslíkatých zvyškov kyselín (okrem F -), tak proces ich oxidácie prebieha na anóde, molekuly vody nie sú oxidované. Napríklad:
2Cl - - 2e \u003d Cl 2
S 2- − 2e = S o
Fluoridové ióny sa na anóde neoxidujú, pretože fluór nie je schopný tvoriť vo vodnom roztoku (reaguje s vodou)
2) Ak elektrolyt obsahuje hydroxidové ióny (alkálie), oxidujú sa namiesto molekúl vody:
4OH - - 4e - \u003d 2H20 + O2
3) Ak elektrolyt obsahuje na anóde zvyšok kyseliny s obsahom kyslíka (okrem zvyškov organických kyselín) alebo fluoridový ión (F -), prebieha proces oxidácie molekúl vody:
2H20 - 4e - \u003d 02 + 4H+
4) V prípade kyslého zvyšku karboxylovej kyseliny na anóde prebieha nasledujúci proces:
2RCOO - - 2e - \u003d R-R + 2CO 2
Precvičme si písanie rovníc elektrolýzy pre rôzne situácie:
Príklad č. 1
Napíšte rovnice pre procesy prebiehajúce na katóde a anóde počas elektrolýzy taveniny chloridu zinočnatého, ako aj všeobecnú rovnicu elektrolýzy.
Riešenie
Keď sa chlorid zinočnatý roztopí, disociuje:
ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -
Ďalej je potrebné venovať pozornosť skutočnosti, že je to tavenina chloridu zinočnatého, ktorá podlieha elektrolýze, a nie vodný roztok. Inými slovami, bez možnosti môže nastať iba redukcia katiónov zinku na katóde a oxidácia chloridových iónov na anóde. žiadne molekuly vody
Katóda: Zn 2+ + 2e − = Zn 0 |∙1
Anóda: 2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1
ZnCl2 \u003d Zn + Cl2
Príklad č. 2
Napíšte rovnice pre procesy prebiehajúce na katóde a anóde počas elektrolýzy vodného roztoku chloridu zinočnatého, ako aj všeobecnú rovnicu elektrolýzy.
Pretože v tomto prípade je vodný roztok podrobený elektrolýze, teoreticky sa molekuly vody môžu zúčastniť elektrolýzy. Keďže zinok sa nachádza v sérii aktivít medzi Al a H, znamená to, že na katóde dôjde k redukcii katiónov zinku aj molekúl vody.
2H20 + 2e - \u003d 2OH - + H2
Zn 2+ + 2e − = Zn 0
Chloridový ión je kyslý zvyšok bezkyslíkatej kyseliny HCl, preto v súťaži o oxidáciu na anóde „vyhrávajú“ chloridové ióny nad molekulami vody:
2Cl-2e- = Cl2
V tomto konkrétnom prípade nie je možné napísať celkovú rovnicu elektrolýzy, pretože pomer medzi vodíkom a zinkom uvoľneným na katóde nie je známy.
Príklad č. 3
Napíšte rovnice pre procesy prebiehajúce na katóde a anóde počas elektrolýzy vodného roztoku dusičnanu meďnatého, ako aj všeobecnú rovnicu elektrolýzy.
Dusičnan meďnatý v roztoku je v disociovanom stave:
Cu(NO 3) 2 \u003d Cu 2+ + 2NO 3 -
Meď je v sérii aktivít napravo od vodíka, to znamená, že katióny medi budú na katóde redukované:
Cu 2+ + 2e − = Cu 0
Dusičnanový ión NO 3 - je kyslý zvyšok obsahujúci kyslík, čo znamená, že pri oxidácii na anóde dusičnanové ióny „strácajú“ v konkurencii s molekulami vody:
2H20 - 4e - \u003d 02 + 4H+
Touto cestou:
Katóda: Cu 2+ + 2e − = Cu 0 |∙2
2Cu2+ + 2H20 = 2Cu0 + 02 + 4H+
Rovnica získaná ako výsledok sčítania je iónová rovnica elektrolýzy. Ak chcete získať úplnú rovnicu molekulárnej elektrolýzy, musíte pridať 4 dusičnanové ióny na ľavú a pravú stranu výslednej iónovej rovnice ako protiióny. Potom dostaneme:
2Cu(N03)2 + 2H20 = 2Cu0 + O2 + 4HN03
Príklad č. 4
Napíšte rovnice pre procesy prebiehajúce na katóde a anóde počas elektrolýzy vodného roztoku octanu draselného, ako aj všeobecnú rovnicu elektrolýzy.
Riešenie:
Octan draselný vo vodnom roztoku disociuje na draselné katióny a acetátové ióny:
CH 3 COOK \u003d CH 3 COO − + K +
Draslík je alkalický kov, t.j. je v elektrochemickom rade napätí na samom začiatku. To znamená, že jeho katióny sa nemôžu vybiť na katóde. Namiesto toho sa obnovia molekuly vody:
2H20 + 2e - \u003d 2OH - + H2
Ako už bolo spomenuté vyššie, kyslé zvyšky karboxylových kyselín „vyhrávajú“ v súťaži o oxidáciu z molekúl vody na anóde:
2CH 3 COO - - 2e - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2
Zhrnutím elektronických váh a pridaním dvoch rovníc polovičných reakcií na katóde a anóde teda dostaneme:
Katóda: 2H20 + 2e − = 2OH − + H2 |∙1
Anóda: 2CH 3 COO - - 2e - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2 | ∙ 1
2H20 + 2CH3COO - \u003d 2OH - + H2 + CH3-CH3 + 2CO2
Získali sme úplnú rovnicu elektrolýzy v iónovej forme. Pridaním dvoch draselných iónov na ľavú a pravú stranu rovnice a ich pridaním s protiiónmi dostaneme úplnú rovnicu elektrolýzy v molekulárnej forme:
2H2O + 2CH3 COOK \u003d 2KOH + H2 + CH3-CH3 + 2CO2
Príklad č. 5
Napíšte rovnice pre procesy prebiehajúce na katóde a anóde počas elektrolýzy vodného roztoku kyseliny sírovej, ako aj všeobecnú rovnicu elektrolýzy.
Kyselina sírová sa disociuje na vodíkové katióny a síranové ióny:
H2SO4 \u003d 2H+ + SO4 2-
Vodíkové katióny H + budú redukované na katóde a molekuly vody budú oxidované na anóde, pretože síranové ióny sú zvyšky kyselín obsahujúce kyslík:
Katóda: 2H + + 2e − = H2 |∙2
Anóda: 2H20 - 4e - = 02 + 4H + |∙1
4H + + 2H20 \u003d 2H2 + O2 + 4H +
Redukciou vodíkových iónov na ľavej, pravej a ľavej strane rovnice dostaneme rovnicu pre elektrolýzu vodného roztoku kyseliny sírovej:
2H20 \u003d 2H2 + O2
Ako je možné vidieť, elektrolýza vodného roztoku kyseliny sírovej sa redukuje na elektrolýzu vody.
Príklad č. 6
Napíšte rovnice pre procesy prebiehajúce na katóde a anóde počas elektrolýzy vodného roztoku hydroxidu sodného, ako aj všeobecnú rovnicu elektrolýzy.
Disociácia hydroxidu sodného:
NaOH = Na + + OH -
Na katóde sa redukujú iba molekuly vody, pretože sodík je vysoko aktívny kov a na anóde iba hydroxidové ióny:
Katóda: 2H20 + 2e − = 2OH − + H2 |∙2
Anóda: 4OH − − 4e − = O 2 + 2H 2 O |∙1
4H20 + 4OH - \u003d 4OH - + 2H2 + O2 + 2H20
Zredukujme dve molekuly vody vľavo a vpravo a 4 hydroxidové ióny a dospejeme k záveru, že ako v prípade kyseliny sírovej sa elektrolýza vodného roztoku hydroxidu sodného redukuje na elektrolýzu vody.
