Электролиз растворов и расплавов электролитов.
ЭЛЕКТРОЛИЗ –это процесс разложения расплавов и растворов электролитов под действием электрического тока.
В раствор или расплав какого-либо электролита опускают электроды: катод (-) и анод (+).
При этом ионы, образовавшиеся при диссоциации электролита, движутся к электродам и разряжаются на них, принимая или отдавая электроны.
Электролиз расплавов.
1)Расплав хлорида натрия. Он содержит катион натрия и анион хлора.
Cуммарное уравнение электролиза: 2NaCl (расплав) 2Na + Cl 2
Расплав гидроксида натрия.
4NaOH (расплав) 4Na + O 2 + 2H 2 O
| катод : | Na + + 1e à Na 0 | 4 |
| анод : | 4ОН - - 4e à O 2 + 2H 2 O | 1 |
Расплав оксида алюминия в криолите.
Криолит – Na 3 используют для уменьшения температуры плавления оксида алюминия.
Электролиз проводится на графитовых электродах, при этом часть электрода сгорает в выделяющемся кислороде, выделяются оксиды углерода.
2Al 2 O 3 (расплав) 4 Al + 3O 2
Электролиз растворов электролитов с инертными электродами.
| Катодный процесс-разрядка катиона зависит от положения в электрохимическом ряду напряжений. | Анодный процесс |
| 1. Металлы правее Н: разряжаются на катоде ® Ме¯ | 1. Анионы бескислородных кислот (кроме F -) – разряжаютсядо простого вещества: S 2- >I - >Br - >Cl - |
| 2. Металлы от Al до Н: идёт два параллельных процесса: а) разрядка металла ® Ме¯ б) разрядка воды : ® Н 2 | 2. Анионы кислородсодержащих кислот и F - не разряжаются , идёт разрядка воды: ® О 2 |
| 3. Если в растворе ионы Н + - они разряжаются до Н 2 | 3. Если есть ОН - он разряжается с выделением О 2 |
| 4. Металлы левее алюминия – НЕ РАЗРЯЖАЮТСЯ, идёт разрядка воды : ®Н 2 | 4. Анионы карбоновых кислот – реакция Кольбе. Происходит процесс декарбоксилирования и выделяется алкан (в результате сдваивания алкильных радикалов). Пример: 2CH 3 COO - -2e à 2CO 2 + CH 3 -CH 3 |
Примеры:
1) раствор хлорида натрия. NaCl + H 2 O
2NaCl + 2H 2 O Сl 2 + H 2 + 2NaOH
На электродах выделяются газообразные продукты – хлор и водород, в растворе накапливается гидроксид натрия.
2) раствор сульфата меди (II) CuSO 4 + H 2 O
Cуммарное уравнение электролиза:
CuSO 4 + H 2 O Cu + O 2 + H 2 SO 4
На катоде выделяется металл – медь, на аноде – газообразный кислород, в растворе накапливается серная кислота.
Электролиз растворов солей с растворимым анодом.
Если анод из того же металла, что и металл в составе соли (например, медный анод в растворе сульфата меди), то на аноде не происходит разрядки воды или аниона. Происходит процесс РАСТВОРЕНИЯ АНОДА: Ме + n + nē = Ме 0
Пример: электролиз раствора сульфата никеля с никелевыми электродами.
катод: Ni 2+ + 2ē = Ni 0
анод: Ni 0 - 2ē = Ni 2+
В3. Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот).
1. Какое из веществ дает одинаковые продукты при электролизе водного раствора и расплава? 1) СuСl 2 2) КВr 3) КОН 4) AgNO 3
2. Электролиз раствора сульфата меди описывается уравнением:
1) СuSО 4 + 2Н 2 О = Сu(ОН) 2 + Н 2 SО 4 2) 2СuSО 4 = 2СuО + SО 2 + О 2
3) 2Н 2 O = 2Н 2 + O 2 4) 2СuSО 4 + 2Н 2 О = 2Сu + 2Н 2 SО 4 + О 2
3.При электролизе водного раствора нитрата марганца (II) на катоде выделяются
1)марганец 2) кислород 3)марганец и водород 4) марганец и кислород
4.Кислород выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1)хлорида меди (II) 3) бромида цинка
2) алюмокалиевых квасцов 4) сульфида натрия
5.Кислород выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1)хлорида натрия 3) йодида натрия 2)бромида натрия 4) фторида натрия
6. При электролизе раствора соли меди (II) выделяется кислород. Какая это соль?
1) Бромид 2) Нитрат 3) Хлорид 4) Сульфид
7. При электролизе раствора хлорида калия вблизи катода среда
1) щелочная 2) кислая 3) нейтральная 4)соленая
8.Электролиз водного раствора соли можно использовать для получения
1)кальция 2) бария 3) цинка 4) лития
9.Только газообразные продукты выделяются на катоде и аноде при электролизе водного раствора 1) МnСl 2 2) КСl 3) Cr 2 (SO 4) 3 4) Cu(NO 3) 2
10.Электролиз водного раствора соли нельзя использовать для получения
1)магния 2) меди 3) цинка 4) хрома
11.Кислород выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1) нитрата лития 4) бромида хрома (III)
2)хлорида меди (II) 5) фторида натрия
3)сульфата железа (II) 6) йодида бария
12.Кислород не выделяется на аноде при электролизе водного раствора
1)сульфида лития 4) хлорида хрома (III)
2)сульфата цинка 5) фторида калия
3)нитрата никеля (II) 6) бромида кальция
13. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах:
9.Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на катоде в результате электролиза водного раствора этого вещества.
10. Установите соответствие между формулой соли и уравнением процесса, протекающего на аноде при электролизе её водного раствора.
25. Установите соответствие между формулой соли и продуктами, образующимися на аноде при электролизе его водного раствора.
Коррозия металлов.
Коррозия – это разрушение металлов и металлических конструкций под воздействием различных факторов окружающей среды – кислорода, влаги, вредных примесей в воздухе.
Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.
1) Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности;
2) Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии;
3) Металлы с рыхлой оксидной плёнкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.
Различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия происходит при воздействии на металл сухих газов, её называют газовой. 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4
В аппаратах химических производств возможны процессы:
Fe + 2HCl à FeCl 2 + H 2
2 Fe + 3Cl 2 à 2FeCl 3
Электрохимическая коррозия – разрушение металла в присутствии воды и кислорода, либо в растворах электролитов.
В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе.
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-08-27
РАЗБОР ЗАДАНИЙ ИЗ ТЕСТОВ ЕГЭ
1.В какой реакции оксид серы (IV) является восстановителем?
1) SO 2 + 2NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O 2) SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 O
3) SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 4) 2SO 2 + O 2 2SO 3
Решение. Восстановитель – это вещество, отдающее электроны. При протекании окислительно-восстановительной реакции степень окисления одного из элементов, входящего в состав вещества, повышается.
Для ответа на вопрос задания необходимо определить степень окисления серы до и после реакции. Степень окисления серы в SO 2 равна +4. В первом варианте степень окисления серы в продукте реакции Na 2 SO 3 также равна +4, т.е. реакция не является окислительно-восстановительной.
Во втором варианте степень окисления простого вещества серы равна нулю, т.е осуществляется процесс: S +4 + 4e → S 0 . Это процесс восстановления, сера (+4) выполняет функцию окислителя. Следовательно, этот вариант не подходит.
В третьем случае степень окисления серы в сернистой кислоте равна +4, т.е. такая же, как была до реакции. Этот вариант также не подходит.
В четвертом варианте степень окисления серы в SO 3 равна +6. В ходе реакции осуществляется процесс окисления серы: S +4 - 2e → S +6 . Сера (+4) отдает электроны, а значит, SO 2 является восстановителем. Это удовлетворяет условиям задания.
2. Наибольшую степень окисления сера проявляет в соединении
1) CaS 2) Li 2 SO 3 3) CaSO 4 4) H 2 S
Решение . Степень окисления (с.о.) – это формальный заряд атома в соединении, вычисленный из предположения, что соединение состоит из ионов. Некоторые атомы имеют постоянную степень окисления в соединениях. Это металлы I-IIA групп и алюминий, степень окисления которых в соединениях равна номеру группы, т.е. +1 для металлов IA группы, +2 для металлов IIA группы, +3 у алюминия. У кислорода степень окисления чаще всего равна -2. Это объясняется тем, что кислород находится в VIA группе и на внешней оболочке содержит 6 электронов, и до завершения электронной оболочки ему не хватает два электрона. Принимая два электрона, кислород приобретает устойчивую 8-электронную оболочку и заряд -2. Атом водорода чаще всего в соединениях проявляет степень окисления +1. Это объясняется тем, что водород находится в IA группе, на внешней оболочке у него всего один электрон, который водород легко отдает, переходя в степень окисления +1. Многие элементы имеют переменную степень окисления, например, сера. Она находится в VIA группе и может в соединениях проявлять степени окисления от -2 до +6. Наибольшая степень окисления серы равна номеру группы (+6).
Определить, какую степень окисления сера проявляет в конкретном соединении можно, исходя из степеней окисления других элементов. Сумма степеней окисления всех элементов в соединении с учетом стехиометрических индексов равна нулю, т.к. молекула нейтральна. Составив простое математическое уравнение, можно вычислить степень окисления данного элемента при условии, что степени окисления других элементов известны. Например, для CaS с.o. Ca = +2 (кальций находится во IIА группе, следовательно, на внешней оболочке у него два электрона, которые он, как металл, легко отдает, переходя в степень окисления +2). Обозначим степень окисления серы “x ”, тогда: 2 + x = 0, откуда x = -2. Аналогично для Li 2 SO 3: 2Ч1 + x + 3Ч(-2) = 0, откуда x = +4. Для CaSO 4: 2 + x + 4Ч(-2) = 0, откуда x = +6. Это высшая степень окисления серы. Следовательно, третий ответ верный. Для H 2 S: 2Ч1 + x = 0, откуда x = -2. Так как правильный ответ всего один, то четвертый случай можно не рассматривать.
Установите соответствие между формулой вещества и
продуктом, который образуется на катоде в результате электролиза его водного раствора.
|
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
||
|
кислород |
|||
|
оксид серы (IV) |
Решение: При электролизе растворов солей на катоде происходят следующие процессы. Малоактивные металлы, стоящие в ряду напряжений после водорода, разряжаются:
Мe z + + ze = Me.
Активные металлы, стоящие в ряду напряжений левее алюминия (и сам алюминий) при электролизе водных растворов не разряжаются.
Решение. При электролизе растворов солей на катоде малоактивные металлы, в нашем случае медь и серебро, стоящие в ряду напряжений после водорода, разряжаются:
Cu 2+ + ze = Cu 0 ; Ag + + e = Ag 0
Активные металлы, стоящие в ряду напряжений левее алюминия в нашем случае натрий и кальций при электролизе водных растворов не разряжаются. Вместо них разряжается вода с выделением молекулярного водорода:
2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH − .
//Ответ: 1122
ЗАДАНИЯ ИЗ ТЕСТОВ ЕГЭ
А1. Степень окисления элемента равна +3 в ионе
1) NH 4 + 2) - 3) HS - 4) NO 3 –
А2 . Высшую степень окисления хром проявляет в соединении:
1) Cr(OH) 3 2) Cr 2 (SO 4) 3 3) CrSO 4 4) K 2 Cr 2 O 7
А3 . Степень окисления + 2 кислород проявляет в следующем соединении:
1) H 2 O 2) H 2 O 2 3) F 2 O 2 4) OF 2
А4 . Как положительную, так и отрицательную степень окисления в соединениях может проявлять элемент:
1) цинк 2) хлор 3) фтор 4) криптон
А5 .Атомы азота в нитрате аммония, находящиеся в составе катиона и аниона, проявляют степени окисления соответственно
1) +3 и +5 2) -3 и +5 3) +1 и +3 4) +5 и +3
А6. В какой молекуле степень окисления элемента равна нулю, а валентность равна единице?
1) O 2 2) СаО 3) Cl 2 4) СО 2
А7 . Азот проявляет одинаковую степень окисления в каждом из двух соединений:
1) NH 3 и N 2 О 3 2) НNО 2 и К 3 N
3) Mg 3 N 2 и NH 3 4) NH 3 и НNО 2
А8 . При взаимодействии кальция и фосфора образуется соединение, в котором фосфор проявляет следующую степень окисления:
1) -3 2) 0 3) +3 4) +5
А9 . Реакции, уравнение которой 4NH 3 +5O 2 4NO + 6H 2 O соответствует схема превращения азота
1) N +3 N +2 2) N +3 N -3 3) N -3 N -2 4) N -3 N +2
А10 . Верны ли следующие суждения об окислительно-восстановительных реакциях:
А) Окисление- это процесс отдачи электронов
Б) Восстановитель всегда понижает степень окисления1. Верно только А 2.Верно только Б3. Верны оба утверждения 4. Оба утверждения неверны
А11. Формула вещества, в котором сера может проявлять только окислительные свойства, следующая:
1) SO 3 2) К 2 S 2 О 3 3) Н 2 S 4) Na 2 SО 3
А12. Окислительно-восстановительнойне является реакция
1) Na + Cl 2 = NaCl 2) NaCl+ H 2 SO 4 = NaHSO 4 + HCl
3) ZnS+O 2 SO 2 + ZnO 4) NH 3 + CuON 2 + Cu +H 2 O
А13 . Восстановительные свойства Fe +2 проявляет в реакции:
1) FeO + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 O
2) Fe(OH) 2 + 2HCl = FeCl 2 + 2H 2 O
3) 2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3
4) FeCl 2 + 2NaOH = Fe(OH) 2 + 2NaCl
А14 . В уравнении реакции KMnO 4 + HCl = Cl 2 + MnCl 2 + KCl + H 2 O
коэффициент перед формулой вещества, являющегося окислителем:
1) 2 2) 16 3) 10 4) 1
А15. Реакции, уравнение которой MnO 2 + HCl = MnCl 2 + Cl 2 +H 2 O соответствует процесс восстановления:
1) Cl 0 → Cl - 2) Cl - → Cl 0
3) Mn +4 → Mn +2 4) O 2 → 2O
А 16 . Верны утверждения:
А) При электролизе растворов соединений, содержащих металлы, стоящие в ряду напряжений левее алюминия, на катоде выделяется сам металл.
Б) На катоде протекают процессы окисления.
1.Верно только А 2.Верно только Б
3. Верны оба утверждения 4. Оба утверждения неверны
А17 . При электролизе водного раствора какой соли на катоде и аноде будут выделяться газообразные вещества:
1) AgNO 3 2) KNO 3 3) СuCl 2 4) SnCl 2
А18. Выделение кислорода происходит при электролизе соли:
А19 . Водород выделяется при электролизе соли:
1) CaCl 2 2) CuSO 4 3) AgNO 3 4) AgNO 3
А 2 0 . Азотная кислота накапливается при пропускании электрического тока в электролизере раствора:
1) Са(NO 3) 2 2) AgNO 3 3) Al(NO 3) 3 4) CsNO 3
А21 . При электролизе водного раствора соли нельзя получить
1) натрий и хлор 2) водород и кислород
3) серную кислоту и кислород 4) гидроксид калия и иод
А22. При электролизе раствора хлорида меди (II) на аноде преимущественно происходит
1) окисление ионов хлора 2) окисление воды
3) растворение меди 4) восстановление ионов меди
А23. Не выделяется на аноде кислород при электролизе раствора
1) сульфида калия 2) нитрата меди (II)
3) карбона натрия 4) сульфата алюминия
А24 . Могут разряжаться на катоде и водород, и металл при электролизе:
1) сульфата алюминия 2) бромида меди (II)
3) хлорида цинка 4) нитрата серебра
В1 . Установите соответствие между формулой соединения и значением степени окисления хлора в нем.
А) Ca(OCl) 2 1) +1
Б) KClO 3 2) +2
В) HClO 2 3) +3
Г) FeCl 3 4) +5
В2. Установите соответствие между схемой химической реакции и изменением степени окисления окислителя.
|
СХЕМА РЕАКЦИИ |
ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ |
||
|
MnCO 3 +KClO 3 MnO 2 +KCl+CO 2 |
|||
|
I 2 + Cl 2 + H 2 O HCl+HJO 3 |
|||
|
K 2 MnO 4 + H 2 O KMnO 4 + MnO 2 + KOH |
|||
|
Na 2 SO 3 + KMnO 4 + KOH Na 2 SO 4 + K 2 MnO 4 + H 2 O |
|||
В3 . Установите соответствие между формулой иона и его способностью проявлять окислительно-восстановительные свойства
|
ФОРМУЛА ИОНА |
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА |
||
|
только окислитель |
|||
|
только восстановитель |
|||
|
и окислитель, и восстановитель |
|||
|
ни окислитель, ни восстановитель |
В4 .Установите соответствие между схемой окислительно-восстановительной реакции и веществом, которое является в ней восстановителем.
|
СХЕМА РЕАКЦИИ |
ОССТАНОВИТЕЛЬ |
||
|
4NH 3 + 6NO = 5 N 2 + 6H 2 O |
|||
|
NO 2 + Mg MgO + N 2 |
|||
|
SO 2 + O 2 SO 3 |
|||
|
NO 2 + SO 2 SO 3 + NO |
|||
В5. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора или расплава на инертных электродах.
|
формула Вещества |
продукты ЭЛЕктролиза |
||
|
BaBr 2 (раствор) |
|||
|
AgNO 3 раствор) |
|||
|
Ba(NO 3) 2 (раствор) |
|||
|
BaBr 2 (расплав) |
Ag, O 2 , HNO 3 |
||
|
Ba(OH) 2 , Br 2 , H 2 |
В6 . Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на аноде в результате электролиза его водного раствора.
|
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
||
|
кислород |
|||
В7 . Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на катоде в результате электролиза его водного раствора.
|
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА |
ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА |
||
|
алюминий |
|||
ЧАСТЬ С
С1. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.
KMnO 4 +NO+ H 2 SO 4 NO 2 + K 2 SO 4 +MnSO 4 +H 2 O
С2 . При полном электролизе 7143 мл (плотность 1,12 г/мл) раствора сульфата двухвалентного металла, массовая доля соли в котором 5% было получено 160 г металла. На катоде газов не образовалось. Определите металл.
С3. После завершения электролиза хлорида неизвестного металла на катоде выделилось 1,3177 г металла. При растворении этой массы металла в концентрированной азотной кислоте образовалось 224 мл бурого газа (н.у.) Определите состав хлорида и его массу в растворе.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГИА- 2011: Экзамен в новой форме: Химия: 9-й
Кл.: Тренировочные варианты экзаменационных работ для
проведения государственной итоговой аттестации в новой
форме ∕ авт. –сост. Д. Ю. Добротин, А. А. Каверина. –М.: АСТ:
Астрель, 2010- ФИПИ
2. Самое полное издание типовых вариантов реальных заданий
ЕГЭ 2011 \Химия\ авт.- сост. А. С. Корощенко, М. Г. Снатина
М.: АСТ: Астрель, 2009- ФИПИ
3. Оржековский П.А. ЕГЭ 2012. Химия: сборник заданий ∕
П. А. Оржековский, Н. Н. Богданова, Е. Ю. Васюкова и др.-М.:
Эксмо, 2011-
4. ЕГЭ 2010.Химия: сборник экзаменационных заданий ∕ авт. –
сост. А. А. Каверина, Ю. Н. Медведев, Д. Ю. Добротин –М.:
Эксмо, 2009- Федеральный банк экзаменационных материалов
4. ЕГЭ 2009. Химия. Методическое пособие для учителей химии ∕
авт.- сост. Гусева А. Ф., Черемичкина И. А., Балдина Л. И. -
Екатеринбург, изд-во Уральского госуниверситета, 2009
5. ЕГЭ 2009. Химия. Методическое пособие для учеников ∕ авт.-
сост. Гусева А. Ф., Черемичкина И. А., Балдина Л. И. –
Екатеринбург, изд-во Уральского госуниверситета, 2009
6. Кузменко Н. Е. , Еремин В. В. , Попков В. А.
Начала химии. Современный курс для поступающих в ВУЗы: в
2 томах.: Федеративная Книготорговая компания. 1997
7. Пузаков С.А. , Попков В. А.
Пособие по химии для поступающих в вузы. Программы.
Вопросы, упражнения, задачи. Образцы экзаменационных
билетов: Учеб. пособие. - М.: Высш. шк. 2001
8. Кузменко Н. Е. , Еремин В. В.
Сборник задач и упражнений по химии для школьников и
абитуриентов.- М.: Дрофа, 2001
9. Лилле В. П.
Химия: Решение задач – СПб.: Издательский дом «Литера»,
10. Хомченко Г. П, Хомченко И. Г.
Сборник задач по химии для поступающих в ВУЗы: М.:
Издательство Новая Волна, 2000
11. Хомченко Г. П.
Химия для поступающих в ВУЗы. -М.: Высшая школа, 1993
12. Рудзитис Г. Е.
Химия: неорган. Химия. Орган. Химия: учеб. Для 9 кл.
общеобразоват. Учреждений М.: Просвещение, 2008
13. Габриелян О. С. Лысова Г. Г.
Химия. 11 класс: учеб для общеобразоват. учереждений.-М:
Дрофа, 2005
Введение
Глава 1. Свойства оксидов, гидроксидов, солей
1.1 Оксиды 5
1.2 Гидроксиды 8
1.3 Соли 15
Упражнения 17
Разбор заданий ЕГЭ 19
Тренировочный тест ЕГЭ 23
Глава 2. Строение атома. Периодическая система 28
Д. И. Менделеева
Упражнения 33
Разбор заданий ЕГЭ 34
Тренировочный тест ЕГЭ 37
Глава 3 . Основные законы и понятия химии 44
Глава 4 . Основные типы расчетных задач 50
Упражнения 60
Разбор заданий ЕГЭ 61
Глава 5 . Расчеты с использованием химических реакций 62
Упражнения 73
Разбор заданий ЕГЭ 74
Глава 6 . Основы теории электролитической диссоциации 76
3.1 Степень диссоциации. Сильные, слабые электролиты 77
3.2 Кислоты, основания, соли с точки зрения ТЭД 79
3.3 Ионообменные реакции 82
3.4 Гидролиз солей 85
Упражнения 89
Разбор заданий ЕГЭ 90
Тренировочный тест ЕГЭ 94
Глава 7. Окислительно-восстановительные реакции 101
7.1 Метод электронного баланса 71
7.2 Электролиз 106
Упражнения 111
Разбор заданий ЕГЭ 112
Тренировочный тест ЕГЭ 115
ЭЛЕКТРОЛИЗ
Одним из способов получения металлов является электролиз. Активные металлы встречаются в природе только в виде химических соединений. Как выделить из этих соединений в свободном состоянии?
Растворы и расплавы электролитов проводят электрический ток. Однако при пропускании тока через раствор электролита могут происходить химические реакции. Рассмотрим, что будет происходить, если в раствор или расплав электролита поместить две металлические пластинки, каждая из которых соединена с одним из полюсов источника тока. Эти пластинки называются электродами. Электрический ток представляет собой движущийся поток электронов. В результате того, что электроны в цепи движутся от одного электрода к другому, на одном из электродов возникает избыток электронов. Электроны имеют отрицательный заряд, поэтому этот электрод заряжается отрицательно. Его называют катодом. На другом электроде создается недостаток электронов, и он заряжается положительно. Этот электрод называют анодом. Электролит в растворе или расплаве диссоциирует на положительно заряженные ионы - катионы и отрицательно заряженные ионы - анионы. Катионы притягиваются к отрицательно заряженному электроду - катоду. Анионы притягиваются к положительно заряженному электроду - аноду. На поверхности электродов может происходить взаимодействие между ионами и электронами.
Электролизом называются процессы, происходящие при пропускании через растворы или расплавы электролитов электрического тока.
Процессы, происходящие при электролизе растворов и расплавов электролитов, достаточно сильно отличаются. Рассмотрим подробно оба этих случая.
Электролиз расплавов
В
качестве примера рассмотрим
электролиз расплава хлорида натрия. В
расплаве хлорид натрия диссоциирует на
ионы
Na
+
и
Cl
-
:
NaCl
=
Na
+
+
Cl
-
Катионы натрия перемещаются к поверхности отрицательно заряженного электрода - катода. На поверхности катода имеется избыток электронов. Поэтому происходит передача электронов от поверхности электрода к ионам натрия. При этом ионы Na + превращаются в атомы натрия, то есть происходит восстановление катионов Na + . Уравнение процесса:
Na + + е - = Na
Хлорид-ионы Cl - перемещаются к поверхности положительно заряженного электрода - анода. На поверхности анода создан недостаток электронов и происходит передача электронов от анионов Cl - к поверхности электрода. При этом отрицательно заряженные ионы Cl - превращаются в атомы хлора, которые сразу же соединяются в молекулы хлора С l 2 :
2С l - -2е - = Cl 2
Хлорид-ионы теряют электроны, то есть происходит их окисление.
Запишем вместе уравнения процессов, происходящих на катоде и аноде
Na + + е - = Na
2 С l - -2 е - = Cl 2
В процессе восстановления катионов натрия участвует один электрон, а в процессе окисления ионов хлора - 2 электрона. Однако должен соблюдаться закон сохранения электрического заряда, то есть общий заряд всех частиц в растворе должен быть постоянным Следовательно, число электронов, участвующих в восстановлении катионов натрия, должно быть равно числу электронов, участвующих в окислении хлорид-ионов Поэтому первое уравнение умножим на 2:
Na + + е - = Na 2
2С l - -2е - = Cl 2 1
Сложим вместе оба уравнения и получим
общее уравнение реакции.
2 Na + + 2С l - = 2 Na + Cl 2 (ионное уравнение реакции), или
2 NaCl = 2 Na + Cl 2 (молекулярное уравнение реакции)
Итак, на рассмотренном примере мы видим, что электролиз является окислительно-восстановительной реакцией. На катоде происходит восстановление положительно заряженных ионов - катионов, на аноде окисление отрицательно заряженных ионов – анионов. Запомнить, какой процесс где происходит, можно с помощью "правила Т":
каТод - каТион – воссТановление.
Пример 2. Электролиз расплава гидроксида натрия.
Гидроксида натрия в растворе диссоциирует на катионыигидроксид-ионы.
Катод (-) <-- Na + + OH - à Анод (+)
На поверхности катода происходит восстановление катионов натрия, при этом образуются атомы натрия:
катод (-) Na + +e à Na
На поверхности анода окисляются гидрокисд-ионы, при этом выделяется кислород и образуются молекулы воды:
катод (-) Na + + e à Na
анод (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2
Число электронов, участвующих в реакции восстановления катионов натрия и в реакции окисления гидроксид-ионов, должно быть одинаковым. Поэтому умножим первое уравнение на 4:
катод (-) Na + + e à Na 4
анод (+)4 OH - – 4 e à 2 H 2 O + O 2 1
Сложим вместе оба уравнения и получим уравнение реакции электролиза:
4 NaOH à 4 Na + 2 H 2 O + O 2
Пример 3. Рассмотрим электролиз расплава Al 2 O 3
При помощи этой реакции получают алюминий из боксита – природного соединения, в котором содержится много оксида алюминия. Температура плавления оксида алюминия очень высокая (более 2000º С), поэтому к нему добавляют специальные добавки, понижающие температуру плавления до 800-900º С. В расплаве оксид алюминия диссоциирует на ионы Al 3+ и O 2- . H а катоде восстанавливаются катионы Al 3+ , превращаясь в атомы алюминия:
Al +3 e à Al
На аноде окисляются анионы O 2- , превращаясь в атомы кислорода. Атомы кислорода сразу же соединяются в молекулы О 2:
2 O 2- – 4 e à O 2
Число электронов, участвующих в процессах восстановления катионов алюминия и окисления ионов кислорода, должно быть равно, поэтому умножим первое уравнение на 4, а второе на 3:
Al 3+ +3 e à Al 0 4
2 O 2- – 4 e à O 2 3
Сложим оба уравнения и получим
4 Al 3+ + 6 O 2- à 4 Al 0 +3 O 2 0 (ионное уравнение реакции)
2 Al 2 O 3 à 4 Al + 3 O 2
Электролиз растворов
В случае пропускания электрического тока через водный раствор электролита дело осложняется тем, что в растворе присутствуют молекулы воды, которые также могут взаимодействовать с электронами. Вспомним, что в молекуле воды атомы водорода и кислорода связаны полярной ковалентной связью. Электроотрицательность кислорода больше, чем электроотрицательность водорода, поэтому общие электронные пары смещены к атому кислорода. На атоме кислорода возникает частичный отрицательный заряд, его обозначают δ-, а на атомах водорода -частичный положительный заряд, его обозначают δ+.
δ+
Н-О δ-
│
Н δ+
Благодаря такому смещению зарядов молекула воды имеет положительный и отрицательный "полюса". Поэтому молекулы воды могут положительно заряженным полюсом притягиваться к отрицательно заряженному электроду - катоду, а отрицательным полюсом - к положительно заряженному электроду - аноду. На катоде может происходить восстановление молекул воды, при этом выделяется водород:
На аноде может происходить окисление молекул воды с выделением кислорода:
2 H 2 О - 4е - = 4Н + + О 2
Поэтому на катоде могут восстанавливаться либо катионы электролита, либо молекулы воды. Эти два процесса как бы конкурируют между собой. Какой процесс в действительности происходит на катоде, зависит от природы металла. Будут ли на катоде восстанавливаться катионы металла или молекулы воды, зависит от положения металла в ряду напряжений металлов .
Li K Na Ca Mg Al ¦¦ Zn Fe Ni Sn Pb (H 2) ¦¦ Cu Hg Ag Au
Если металл находится в ряду напряжений правее водорода, на катоде восстанавливаются катионы металла и выделяется свободный металл. Если металл находится в ряду напряжений левее алюминия, на катоде восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород. Наконец, в случае катионов металлов от цинка до свинца может происходить либо выделение металла, либо выделение водорода, а иногда одновременно выделяются и водород, и металл. Вообще это довольно сложный случай, многое зависит от условий реакции: концентрации раствора, сипы электрического тока и других.
На аноде также может происходить один из двух процессов - либо окисление анионов электролита, либо окисление молекул воды. Какой именно процесс будет протекать на самом деле, зависит от природы аниона. При электролизе солей бескислородных кислот или самих кислот на аноде окисляются анионы. Единственным исключением является фторид-ион F - . В случае кислородсодержащих кислот на аноде окисляются молекулы воды и выделяется кислород.
Пример 1. Давайте рассмотрим электролиз водного раствора хлорида натрия.
В водного растворе хлорида натрия будут находиться катионы натрия Na + , анионы хлора Cl - и молекулы воды.
2 NaCl à 2 Na + + 2 Cl -
2Н 2 О à 2 H + + 2 OH -
катод (-) 2 Na + ; 2 H + ; 2Н + + 2е à Н 0 2
анод (+) 2 Cl - ; 2 OH - ; 2 Cl - – 2е à 2 Cl 0
2NaCl + 2H 2 O à H 2 + Cl 2 + 2NaOH
Химическая активность анионов вряду уменьшается.
Пример 2. А если в состав соли входит SO 4 2- ? Рассмотрим электролиз раствора сульфата никеля (II ). Сульфата никеля (II ) диссоциирует на ионы Ni 2+ и SO 4 2- :
NiSO 4 à Ni 2+ + SO 4 2-
H 2 O à H + + OH -
Катионы никеля находятся между ионами металлов Al 3+ и Pb 2+ , занимающих в ряду напряжения среднее положение, процесс восстановления на катоде происходит по обеим схемам:
2 H 2 О + 2е - = H 2 + 2ОН -
Анионы кислородсодержащих кислот не окисляются на аноде (ряд активности анионов ), происходит окисление молекул воды:
анод е à O 2 + 4H +
Запишем вместе уравнения процессов, происходящих на катоде и аноде:
катод (-) Ni 2+ ; H + ; Ni 2+ + 2е à Ni 0
2 H 2 О + 2е - = H 2 + 2ОН -
анод (+) SO 4 2- ; OH - ;2H 2 O – 4 е à O 2 + 4H +
В процессах восстановления участвуют 4 электрона и в процессе окисления тоже участвуют 4 электрона. Сложим вместе эти уравнения и получим общее уравнение реакции:
Ni 2+ +2 H 2 О + 2 H 2 О à Ni 0 + H 2 + 2ОН - + O 2 + 4 H +
В правой части уравнения находятся одновременно ионы Н + и OH - , которые соединяются с образованием молекул воды:
Н + + OH - à H 2 О
Поэтому в правой части уравнения вместо 4 ионов Н + и 2 ионов OH - запишем 2 молекулы воды и 2 иона Н + :
Ni 2+ +2 H 2 О + 2 H 2 О à Ni 0 + H 2 +2 H 2 О + O 2 + 2 H +
Сократим по две молекулы воды в обеих частях уравнения:
Ni 2+ +2 H 2 О à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2 H +
Это краткое ионное уравнение. Чтобы получить полное ионное уравнение, нужно добавить в обе части по сульфат-иону SO 4 2- , образовавшиеся при диссоциации сульфата никеля (II ) и не участвовавшие в реакции:
Ni 2+ + SO 4 2- +2H 2 О à Ni 0 + H 2 + O 2 + 2H + + SO 4 2-
Таким образом, у нас при электролизе раствора сульфата никеля (II ) на катоде выделяетсяводород и никель, а на аноде – кислород.
NiSO 4 + 2H 2 O à Ni + H 2 + H 2 SO 4 + O 2
Пример 3. Написать уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раствора сульфата натрия с инертным анодом.
Стандартный электродный потенциал системы Na + + e = Na 0 значительно отрицательнее потенциала водного электрода в нейтральной водной среде (-0,41 В).Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода
2Н 2 О à 2 H + + 2 OH -
а ионы Na + , приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство).
На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода
2 H 2 O – 4е à O 2 + 4 H +
поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (2,01 В), характеризующий систему
2 SO 4 2- + 2 e = S 2 O 8 2- .
Ионы SO 4 2- , движущиеся при электролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.
Умножая уравнение катодного процесса на два, и складывая его с уравнением анодного процесса, получаем суммарное уравнение процесса электролиза:
6 H 2 O = 2 H 2 + 4 OH - + O 2 + 4 H +
Приняв во внимание, что одновременно происходит накопление ионов в катодном пространстве и ионов в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей форме:
6H 2 O + 2Na 2 SO 4 = 2H 2 + 4Na + + 4OH - + O 2 + 4H + + 2SO 4 2-
Таким образом, одновременно с выделением водорода и кислорода образуется гидроксид натрия (в катодном пространстве) и серная кислота (в анодном пространстве).
Пример 4. Электролиз раствора сульфата меди (II ) CuSO 4 .
Катод (-) <-- Cu 2+ + SO 4 2- à анод (+)
катод (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0 2
анод (+) 2H 2 O – 4 е à O 2 + 4H + 1
В растворе остаются ионы Н + и SO 4 2- , т. к. накапливается серная кислота.
2CuSO 4 + 2H 2 O à 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2
Пример 5. Электролиз раствора хлорида меди (II ) CuCl 2 .
Катод (-) <-- Cu 2+ + 2Cl - à анод (+)
катод (-) Cu 2+ + 2e à Cu 0
анод (+) 2Cl - – 2e à Cl 0 2
В обоих уравнениях участвуют по два электрона.
Cu 2+ + 2e à Cu 0 1
2Cl - -– 2e à Cl 2 1
Cu 2+ + 2 Cl - à Cu 0 + Cl 2 (ионное уравнение)
CuCl 2 à Cu + Cl 2 (молекулярное уравнение)
Пример 6. Электролиз раствора нитрата серебра AgNO 3 .
Катод (-) <-- Ag + + NO 3 - à Анод (+)
катод (-) Ag + + e à Ag 0
анод (+) 2H 2 O – 4 е à O 2 + 4H +
Ag + + e à Ag 0 4
2H 2 O – 4 е à O 2 + 4H + 1
4 Ag + + 2 H 2 O à 4 Ag 0 + 4 H + + O 2 (ионное уравнение)
4 Ag + + 2 H 2 O à 4 Ag 0 + 4 H + + O 2 + 4 NO 3 - (полное ионное уравнение)
4 AgNO 3 + 2 H 2 O à 4 Ag 0 + 4 HNO 3 + O 2 (молекулярное уравнение)
Пример 7. Электролиз раствора соляной кислоты HCl .
Катод (-) <-- H + + Cl - à анод (+)
катод (-) 2 H + + 2 e à H 2
анод (+) 2 Cl - – 2 e à Cl 2
2 H + + 2 Cl - à H 2 + Cl 2 (ионное уравнение)
2 HCl à H 2 + Cl 2 (молекулярное уравнение)
Пример 8. Электролиз раствора серной кислоты H 2 SO 4 .
Катод (-) <-- 2H + + SO 4 2- à анод (+)
катод (-) 2H+ + 2e à H 2
анод (+) 2H 2 O – 4 е à O 2 + 4H+
2H+ + 2e à H 2 2
2H 2 O – 4 е à O 2 + 4H+1
4H+ + 2H 2 O à 2H 2 + 4H+ +O 2
2H 2 O à 2H 2 + O 2
Пример 9. Электролиз раствора гидроксида калия KOH .
Катод (-) <-- K + + OH - à анод (+)
Катионы калия не будут восстанавливаться на катоде, так как калий находится в ряду напряжения металлов левее алюминия, вместо этого будет происходить восстановление молекул воды:
2H 2 O + 2e à H 2 +2OH - 4OH - -4e à 2H 2 O +O 2
катод (-) 2H 2 O + 2e à H 2 +2OH - 2
анод (+) 4OH - - 4e à 2H 2 O +O 2 1
4H 2 O + 4OH - à 2H 2 + 4OH - + 2H 2 O + O 2
2 H 2 O à 2 H 2 + O 2
Пример 10. Электролиз раствора нитрата калия KNO 3 .
Катод (-) <-- K + + NO 3 - à анод (+)
2H 2 O + 2e à H 2 +2OH - 2H 2 O – 4 е à O 2 + 4H +
катод (-) 2H 2 O + 2e à H 2 + 2OH-2
анод (+) 2H 2 O – 4 е à O 2 + 4H+1
4H 2 O + 2H 2 O à 2H 2 + 4OH - + 4H + + O 2
2H 2 O à 2H 2 + O 2
При пропускании электрического тока через растворы кислородосодержащих кислот, щелочей и солей кислородсодержащих кислот с металлами, находящимися в ряду напряжения металлов, левее алюминия, практически происходит электролиз воды. При этом на катоде выделяется водород, а на аноде кислород.
Выводы. При определении продуктов электролиза водных растворов электролитов можно в простейших случаях руководствоваться следующими соображениями:
1.Ионы металлов с малой алгебраической величиной стандартного потенциала – от Li + до Al 3+ включительно – обладают весьма слабой тенденцией к обратному присоединению электронов, уступая в этом отношении ионам H + (см. Ряд активности катионов ). При электролизе водных растворов соединений, содержащих эти катионы, функцию окислителя на катоде выполняют ионы H + , восстанавливаясь при этом по схеме:
2 H 2 O + 2 е à H 2 + 2OH -
2.Катионы металлов с положительными значениями стандартных потенциалов (Cu 2+ , Ag + , Hg 2+ и др.) обладают большой тенденцией к присоединению электронов по сравнению с ионами. При электролизе водных растворов их солей функцию окислителя на катоде выделяют эти катионы, восстанавливаясь при этом до металла по схеме, например:
Cu 2+ +2 e à Cu 0
3.При электролизе водных растворов солей металлов Zn , Fe , Cd , Ni и др., занимающих в ряду напряжения среднее положение между перечисленными группами, процесс восстановления на катоде происходит по обеим схемам. Масса, выделившегося металла не соответствует в этих случаях количеству протекшего электрического тока, часть которого расходуется на образование водорода.
4.В водных растворах электролитов функцию восстановителей по отношению к аноду-окислитею могут одноатомные анионы (Cl - , Br - , J - ), кислородосодержащие анионы (NO 3 - , SO 4 2- , PO 4 3- и другие), а также гидроксильные ионы воды. Более сильными восстановительными свойствами из них обладают галогенид ионы, за исключением F . Ионы OH занимают промежуточное положение между ними и многоатомными анионами. Поэтому при электролизе водных растворов HCl , HBr , HJ или их солеей на аноде происходит окисление галогенид-ионов по схеме:
2 X - -2 e à X 2 0
При электролизе водных растворов сульфатов, нитратов, фосфатов и т.п. функцию восстановителя выполняют ионы, окисляясь при этом по схеме:
4 HOH – 4 e à 2 H 2 O + O 2 + 4 H +
.
Задачи.
За дача 1. При электролизе раствора сульфата меди на катоде выделилось 48 г меди. Найдите объем газа, выделившегося на аноде, и массу серной кислоты, образовавшейся в растворе.
Сульфат меди в растворе диссоциирует ни ионы Си 2+ и S 0 4 2 ".
CuS0 4 = Cu 2+ + S0 4 2 "
Запишем уравнения процессов, происходящих на катоде и аноде. На катоде восстанавливаются катионы Си, на аноде происходит электролиз воды:
Cu 2+ +2e- = Cu 12
2H 2 0-4e- = 4H + + 0 2 |1
Общее уравнение электролиза:
2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + 4H+ + O2 (краткоеионное уравнение)
Добавим в обе части уравнения по 2 сульфат-иона, которые образуются при диссоциации сульфата меди, получим полное ионное уравнение:
2Си2+ + 2S042" + 2Н20 = 2Cu + 4Н+ + 2SO4 2" + О2
2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + О2
Газ, выделяющийся на аноде - кислород. В растворе образуется серная кислота.
Молярная масса меди равна 64 г/моль, вычислим количество вещества меди:
По уравнению реакции при выделении на катоде 2 моль меди ла аноде выделяется 1 моль кислорода. На катоде выделилось 0,75 моль меди, пусть на аноде выделилось х моль кислорода. Составим пропорцию:
2/1=0,75/x, x=0,75*1/2=0,375моль
На аноде выделилось 0,375 моль кислорода,
v(O2) = 0,375 моль.
Вычислим объем выделившегося кислорода:
V(O2) = v(O2)«VM = 0,375 моль«22,4 л/моль = 8,4 л
По уравнению реакции при выделении на катоде 2 моль меди в растворе образуется 2 моль серной кислоты, значит, если на катоде выделилось 0,75 моль меди, то в растворе образовалось 0,75 моль серной кислоты, v(H2SO4) = 0,75 моль. Вычислим молярную массу серной кислоты:
M(H2SO4) = 2-1+32+16-4 = 98 г/моль.
Вычислим массу серной кислоты:
m(H2S04) = v(H2S04>M(H2S04) = = 0,75 моль«98 г/моль = 73,5 г.
Ответ: на аноде выделилось 8,4 л кислорода; в растворе образовалось 73,5 г серной кислоты
Задача 2. Найдите объем газов, выделившихся на катоде и аноде, при электролизе водного раствора, содержащего 111,75 г хлорида калия. Какое вещество образовалось в растворе? Найдите его массу.
Хлорид калия в растворе диссоциирует на ионыК+ и Сl:
2КС1 =К+ + Сl
Ионы калия не восстанавливаются на катоде, вместо этого происходит восстановление молекул воды. На аноде окисляются хлорид-ионы и выделяется хлор:
2Н2О + 2е" = Н2 + 20Н-|1
2СГ-2е" = С12|1
Общее уравнение электролиза:
2СГl+ 2Н2О = Н2 + 2ОН" + С12 (краткое ионное уравнение) В растворе присутствуют также ионы К+, образовавшиеся при диссоциации хлорида калия и не участвующие в реакции:
2К+ + 2Сl + 2Н20 = Н2 + 2К+ + 2ОН" + С12
Перепишем уравнение в молекулярном виде:
2КС1 + 2Н2О = Н2 + С12 + 2КОН
На катоде выделяется водород, на аноде хлор, в растворе образуется гидроксид калия.
В растворе содержалось 111,75 г хлорида калия.
Вычислим молярную массу хлорида калия:
М(КС1) = 39+35,5 = 74,5 г/моль
Вычислим количество вещества хлорида калия:
По уравнению реакции при электролизе 2 моль хлорида калия выделяется 1 моль хлора. Пусть при электролизе 1,5 моль хлорида калия выделяется х моль хлора. Составим пропорцию:
2/1=1,5/x , x=1,5 /2=0,75 моль
Выделится 0,75 моль хлора, v(C!2) = 0,75 моль. По уравнению реакции при выделении 1 моль хлора на аноде на катоде выделяется 1 моль водорода. Следовательно, если на аноде выделится 0,75 моль хлора, то на катоде выделится 0,75 моль водорода, v(H2) = 0,75 моль.
Вычислим объем хлора, выделившегося на аноде:
V(C12) = v(Cl2)-VM = 0,75 моль«22,4 л/моль = 16,8 л.
Объем водорода равен объему хлора:
У(Н2) = У(С12)=16,8л.
По уравнению реакции при электролизе 2 моль хлорида калия образуется 2 моль гидроксида калия, значит, при электролизе 0,75 моль хлорида калия образуется 0,75 моль гидроксида калия. Вычислим молярную массу гидроксида калия:
М(КОН) = 39+16+1 - 56 г/моль.
Вычислим массу гидроксида калия:
m(KOH) = v(KOH>M(KOH) = 0,75 моль-56 г/моль = 42 г.
Ответ: на катоде выделилось 16,8 л водорода, на аноде выделилось 16,8 л хлора, в растворе образовалось 42 г гидроксида калия.
Задача 3. При электролизе раствора 19 г хлорида двухвалентного металла на аноде выделилось 8,96 л хлора. Определите, хлорид какого металла подвергли электролизу. Вычислите объем водорода, выделившегося на катоде.
Обозначим неизвестный металл М, формула его хлорида МС12. На аноде окисляются хлорид-ионы и выделяется хлор. В условии сказано, что на катоде выделяется водород, следовательно, происходит восстановление молекул воды:
2Н20 + 2е- = Н2 + 2ОH|1
2Cl -2е" = С12! 1
Общее уравнение электролиза:
2Сl + 2Н2О = Н2 + 2ОН" + С12 (краткое ионное уравнение)
В растворе присутствуют также ионы М2+, которые при реакции не изменяются. Запишем полное ионное уравнение реакции:
2СГ + М2+ + 2Н2О = Н2 + М2+ + 2ОН- + С12
Перепишем уравнение реакции в молекулярном виде:
МС12 + 2Н2О - Н2 + М(ОН)2 + С12
Найдем количество вещества выделившегося на аноде хлора:
По уравнению реакции при электролизе 1 моль хлорида неизвестного металла выделяется 1 моль хлора. Если выделилось 0,4 моль хлора, то электролизу подвергли 0,4 моль хлорида металла. Вычислим молярную массу хлорида металла:
Молярная масса хлорида неизвестного металла 95 г/моль. На два атома хлора приходится 35,5»2 = 71 г/моль. Следовательно, молярная масса металла равна 95-71 = 24 г/моль. Этой молярной массе соответствует магний.
По уравнению реакции на 1 моль выделившегося на аноде хлора приходится 1 моль выделившегося на катоде водорода. В нашем случае на аноде выделилось 0,4 моль хлора, значит, на катоде выделилось 0,4 моль водорода. Вычислим объем водорода:
V(H2) = v(H2>VM = 0,4 моль«22,4 л/моль = 8,96 л.
Ответ: электролизу подвергли раствор хлорида магния; на катоде выделилось 8,96 л водорода.
*3адача 4. При электролизе 200 г раствора сульфата калия с концентрацией 15% на аноде выделилось 14,56 л кислорода. Вычислите концентрацию раствора по окончании электролиза.
В растворе сульфата калия и на катоде, и на аноде реагируют молекулы воды:
2Н20 + 2е" = Н2 + 20Н-|2
2Н2О - 4е" = 4Н+ + О2! 1
Сложим вместе оба уравнения:
6Н2О = 2Н2 + 4ОН" + 4Н+ + О2, или
6Н2О = 2Н2 + 4Н2О + О2, или
2Н2О = 2Н2 + 02
Фактически при электролизе раствора сульфата калия происходит электролиз воды.
Концентрация растворенного вещества в растворе определяется по формуле:
С=m(растворенного вещества) 100% / m(раствора)
Чтобы найти концентрацию раствора сульфата калия по окончании электролиза, необходимо знать массу сульфата калия и массу раствора. Масса сульфата калия при реакции не изменяется. Вычислим массу сульфата калия в исходном растворе. Обозначим концентрацию исходного раствора Сь
m(K2S04) = C2 (K2S04) m(pacтвора) = 0,15 200 г = 30 г.
Масса раствора во время электролиза изменяется, так как часть воды превращается в водород и кислород. Вычислим количество вещества выделившегося кислорода:
(O 2)=V(O2) / Vм =14,56л / 22,4л/моль=0,65моль
По уравнению реакции из 2 моль воды образуется 1 моль кислорода. Пусть 0,65 моль кислорода выделяется при разложении х моль воды. Составим пропорцию:
Разложилось 1,3 моль воды, v(H2O) = 1,3 моль.
Вычислим молярную массу воды:
М(Н2О) =1-2+16=18 г/моль.
Вычислим массу разложившейся воды:
m(H2O) = v(H2O>M(H2O) = 1,3 моль* 18 г/моль = 23,4 г.
Масса раствора сульфата калия уменьшилась на 23,4 г и стала равна 200-23,4 = 176,6 г. Вычислим теперь концентрацию раствора сульфата калия по окончании электролиза:
С2 (K2 SO4)=m(K2 SO4) 100% / m(раствора)=30г 100% / 176,6г=17%
Ответ: концентрация раствора по окончании электролиза равна 17%.
*3адача 5. 188,3 г смеси хлоридов натрия и калия растворили в воде и пропустили через полученный раствор электрический ток. При электролизе на катоде выделилось 33,6 л водорода. Вычислите состав смеси в процентах по массе.
После растворения смеси хлоридов калия и натрия в воде в растворе содержатся ионы К+, Na+ и Сl-. Ни ионы калия, ни ионы натрия не восстанавливаются на катоде, восстанавливаются молекулы воды. На аноде окисляются хлорид-ионы и выделяется хлор:
Перепишем уравнения в молекулярном виде:
2КС1 + 2Н20 = Н2 + С12 + 2КОН
2NaCl + 2Н2О = Н2 + С12 + 2NaOH
Обозначим количество вещества хлорида калия, содержащегося в смеси, х моль, а количество вещества хлорида натрия у моль. По уравнению реакции при электролизе 2 моль хлорида натрия или калия выделяется 1 моль водорода. Поэтому при электролизе х моль хлорида калия образуется х/2 или 0,5х моль водорода, а при электролизе у моль хлорида натрия 0,5у моль водорода. Найдем количество вещества водорода, выделившегося при электролизе смеси:
Составим уравнение:0,5х + 0,5у =1,5
Вычислим молярные массы хлоридов калия и натрия:
М(КС1) = 39+35,5 = 74,5 г/моль
M(NaCl) = 23+35,5 = 58,5 г/моль
Масса х моль хлорида калия равна:
m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = х моль-74,5 г/моль = 74,5х г.
Масса у моль хлорида натрия равна:
m(KCl) = v(KCl)-M(KCl) = у моль-74,5 г/моль = 58,5у г.
Масса смеси равна 188,3 г, составим второе уравнение:
74,5х + 58,5у= 188,3
Итак, решаем систему из двух уравнений с двумя неизвестными:
0,5(х + у)= 1,5
74,5х + 58,5у=188,3г
Из первого уравнения выразим х:
х + у= 1,5/0,5 = 3,
х = 3-у
Подставим это значение х во второе уравнение, получим:
74,5-(3-у) + 58,5у= 188,3
223,5-74,5у + 58,5у= 188,3
-16у = -35,2
у = 2,2 100% / 188,3г=31,65%
Вычислим массовую долю хлорида натрия:
w(NaCl) = 100% - w(KCl) = 68,35%
Ответ: в смеси содержится 31,65% хлорида калия и 68,35% хлорида натрия.
Вариант 1. Тест по теме «Электролиз солей»
1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, а также общее
уравнение электролиза водного раствора сульфата ртути(II) на инертных электродах.
электролиза водного раствора хлорида бария на инертных электродах.
3. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение
электролиза водного раствора гидроксида калия на инертных электродах.
4. При электролизе водного раствора какой соли на катоде и аноде будут выделяться
газообразные вещества? 1) AgNО3 2) KNО3 3) CuCl2 4) SnCl2
5. Водород образуется при электролизе водного раствора
1) СаС12 2) CuSО4 3) Hg(NО3)2 4) AgNО3
6. При электролизе раствора Cr2(SО4)3 на катоде выделяется(-ются)
1) кислород 2) хром и оксид серы(IV) 3) водород и хром 4) кислород и хром
7. При электролизе водного раствора нитрата калия на аноде выделяется
1) O2 2) NO2 3) N2 4) H2
A) A12(SO4)3 1) гидроксид металла, кислота
Б) CsOH 2) металл, галоген
Г) АuВr3 4) водород, галоген
5) водород, кислород
6) металл, кислота, кислород
НАЗВАНИЕ МЕТАЛЛА ЭЛЕКТРОЛИЗ
A) натрий 1) водного раствора солей
B) серебро 3) расплава поваренной соли
Г) медь 4) расплавленного оксида
6) расплавленного нитрата
10. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения.
НАЗВАНИЕ МЕТАЛЛА ЭЛЕКТРОЛИЗ
А) хром 1) водного раствора солей
Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида
В) литий 3) расплава соли
Г) барий 4) расплавленного оксида
5) раствора оксида в расплавленном криолите
6) расплавленного нитрата
Вариант 2. Тест по теме «Электролиз солей»
1. Напишите уравнения реакций, протекающих на аноде и катоде, и общее уравнение
электролиза водного раствора иодида калия на инертных электродах.
2. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение
электролиза водного раствора нитрата калия на инертных электродах.
3. Напишите уравнения протекающих на катоде и аноде реакций и общее уравнение
электролиза водного раствора азотной кислоты на инертных электродах.
4. Выделение кислорода происходит при электролизе водного раствора соли
1) MgCl2 2) CuSО4
· 3) NaBr 4) FeBr2
5. При электролизе раствора AgNО3 на катоде выделяется(-ются)
1) серебро 2) серебро и водород 3) водород 4) кислород и водород
6. При электролизе разбавленного водного раствора Ni(NО3)2 на катоде выделяется
(-ются) 1) Ni и NO2 2) O2 3) Ni и Н2 4) Н2 и O2
7. Азотная кислота накапливается в электролизере при пропускании электрического тока
через водный раствор
1) нитрата кальция 2) нитрата алюминия 3) нитрата серебра 4) нитрата цезия
8. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах.
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
A) А1С1з 1) металл, галоген
Б) RbOH 2) гидроксид металла, хлор, водород
B) Hg(NO3)2 3) металл, кислород
Г) АuС13 4) водород, галоген
5) водород, кислород
6) металл, кислота, кислород
9. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения.
НАЗВАНИЕ МЕТАЛЛА ЭЛЕКТРОЛИЗ
A) калий 1) расплавленного нитрата
Б) магний 2) водного раствора гидроксида
B) медь 3) расплава хлорида
Г) свинец 4) расплавленного оксида
5) раствора оксида в расплавленном криолите
6) водного раствора солей
\Задачи
1. Некоторое количество серебра растворили в 96,2 мл раствора азотной кислоты с массовой долей кислоты 50 % и плотностью 1,31 г/мл в результате чего выделилось
4,48 л смеси газов и остался раствор, в котором массовая доля азотной кислоты составила 18,2 %. Определите массу растворенного серебра и состав выделившейся смеси газов.
2. Некоторое количество серебра растворили в 122,5 мл раствора азотной кислоты с массовой долей кислоты 50 % и плотностью 1,44 г/мл, при этом выделилось 8,96 л смеси двух газов с плотностью 1,875 г/л (н.у.). Определите массу растворившегося серебра и массовые доли веществ в конечном растворе.
3. При растворении 19,2 г меди в 100 мл раствора азотной кислоты с массовой долей кислоты 50% и плотностью 1,44 г/мл выделилось 8,96 л смеси двух газов (н.у.). Определите массовые доли веществ в образовавшемся растворе.
4. В 60 мл раствора с плотностью 1,182 г/мл, содержащего нитрат свинца(II) и нитрат меди(II) с массовыми долями 16,34 и 2,65 % соответственно, насыпали 5,6 г железных опилок. Через некоторое время раствор отфильтровали. Масса твердых веществ составила 8,7 г. Определите массовые доли веществ в полученном растворе.
5. В раствор, содержащий смесь хлорида железа(II) и хлорида железа(III), в котором концентрации двух солей равны между собой, насыпали 4,55 г цинкового порошка. После окончания химических реакций масса осадка оказалась равной 3,54 г. Осадок отфильтровали, и поместили в раствор сульфата меди массой 40 г. Определите молярные концентрации веществ в конечном растворе после окончания всех
химических реакций, если известно, что его плотность равна 1,1 г/мл, а масса осадка стала 3,68 г.
Приложенные файлы
1.Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе водного раствора этой соли.
2. При электролизе раствора Сr 2 (SO 4) 3 на катоде выделяется 1)кислород 2)водород и хром 3)хром 4)кислород и хром
3. Установите соответствие между формулой соли и уравнением процесса, протекающего на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
5. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на инертном аноде в результате электролиза его водного раствора.
7. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе её водного раствора.
9. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе её водного раствора.
11.Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
13. Азотная кислота накапливается в электролизере при пропускании электрического тока через водный раствор 1)нитрата кальция 2)нитрата серебра 3)нитрата алюминия 4)нитрата цезия
14. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе водного раствора этой соли.
15. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе водного раствора этой соли.
19. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе водного раствора этой соли.
20. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
22. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся при электролизе водного раствора этой соли на инертном аноде.
24. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора гидроксида калия на инертных электродах.
25. Напишите уравнения протекающих на катоде и аноде реакций и общее уравнение электролиза водного раствора азотной кислоты на инертных электродах.
26.Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе водного раствора этой соли.
28. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе её водного раствора.
29. При электролизе раствора AgNO 3 на катоде выделяется 1)серебро 2)водород 3)серебро и водород 4) кислород и водород
30. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
32. При электролизе водного раствора нитрата калия на аноде выделяется1)O 2 2)NO 2 3)N 2 4) H 2
33. Установите соответствие между формулой соли и схемой процесса, протекающего на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
35. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе водного раствора этой соли.
37. Установите соответствие между формулой соли и продуктом электролиза
водного раствора этой соли на инертном аноде.
39. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на катоде в результате электролиза водного раствора этого вещества.
40. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
41.Напишите уравнения реакций, протекающих на аноде и катоде, и общее уравнение электролиза водного раствора иодида калия на инертных электродах.
42.Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катодепри электролизе её водного раствора.
43. При электролизе водного раствора нитрата серебра на катоде образуется1)Ag 2)NO 2 3)NO 4)H 2
44. Установите соответствие между формулой cоли и продуктом, образующимся при электролизе водного раствора этой соли на инертном аноде.
46. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе её водного раствора.
47. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе её водного раствора.
48. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах.
49. Установите соответствие между формулой соли и продуктом(-ами), образующимся на катоде при электролизе её водного раствора.
51. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе её водного раствора.
52. Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах.
53. Установите соответствие между формулой соли и уравнением процесса, протекающего на аноде при электролизе её водного раствора.
| ФОРМУЛА СОЛИ | УРАВНЕНИЕ АНОДНОГО ПРОЦЕССА |
| А)Al(NO 3) 3 Б)CuCl 2 В)SbCl 3 Г)Cu(NO 3) 2 | 1)2H 2 O – 4ē → O 2 + 4H + 2)2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH - 3)2Cl - – 2ē → Cl 0 2 4)Sb 3+ + 3ē →Sb 0 5)Cl - + 4H 2 O – 8ē → Cl −4 + 8H + 6)4NO − 3 – 4ē → 2N 2 O + 5O 2 |
54.Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора нитрата калия на инертных электродах.
55. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора гидроксида бария на инертных электродах.
56.Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
58.Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения.
59.Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном анодепри электролизе её водного раствора.
60. Выделение кислорода происходит при электролизе водного раствора соли1)MgСl 2 2)CuSO 4 3)NaBr 4)FeBr 2
61.При электролизе водного раствора какой соли на катоде и аноде будут выделяться газообразные вещества?1)AgNO 3 2)KNO 3 3)CuCl 2 4)SnCl 2
62. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора сульфата меди (II) на инертных электродах.
63. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения.
64. Водород образуется при электролизе водного раствора1)СaCl 2 2)CuSO 4 3)Hg(NO 3) 2 4)AgNO 3
65. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения.
66. Установите соответствие между формулой вещества и простым веществом, которое образуется на катоде в результате электролиза его водного раствора.
69. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
73. Установите соответствие между формулой соли и продуктом(-ами), образующимся(-имися) на катоде при электролизе её водного раствора.
75. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
77. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом электролиза его водного раствора на инертном аноде.
79. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе водного раствора этой соли.
81. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе водного раствора этой соли.
83. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе водного раствора этой соли.
85. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе водного раствора этой соли.
87. Установите соответствие между формулой cоли и продуктом, образующимся при электролизе водного раствора этой соли на инертном аноде.