Zadatak Jedinstvenog državnog ispita 34 elektroliza iz kemije. Elektroliza talina i otopina. Pravila elektrolize u vodenim otopinama

Elektroda na kojoj dolazi do redukcije naziva se katoda.

Elektroda na kojoj se odvija oksidacija je anoda.

Razmotrimo procese koji se odvijaju tijekom elektrolize rastaljenih soli kiselina bez kisika: HCl, HBr, HI, H 2 S (s izuzetkom fluorovodične ili fluorovodične kiseline - HF).

U talini se takva sol sastoji od metalnih kationa i aniona kiselinskog ostatka.

Na primjer, NaCl = Na++Cl -

Na katodi: Na + + ē = Na nastaje metalni natrij (općenito, metal koji je dio soli)

Na anodi: 2Cl - - 2ē = Cl 2 nastaje plinoviti klor (općenito, halogen koji je dio kiselinskog ostatka - osim fluora - ili sumpora)

Razmotrimo procese koji se odvijaju tijekom elektrolize otopina elektrolita.

Procesi koji se odvijaju na elektrodama određeni su vrijednošću standarda potencijal elektrode i koncentracija elektrolita (Nernstova jednadžba). Školski tečaj ne razmatra ovisnost potencijala elektrode o koncentraciji elektrolita i ne koristi numeričke vrijednosti standardnog potencijala elektrode. Učenicima je dovoljno znati da u nizu elektrokemijske napetosti metala (nizu aktivnosti metala) vrijednost standardnog elektrodnog potencijala para Me +n /Me iznosi:

povećava s lijeva na desno
metali u nizu do vodika imaju negativnu vrijednost ove vrijednosti
vodik, nakon redukcije reakcijom 2N + + 2ē = N 2, (tj. od kiselina) ima nulti standardni elektrodni potencijal
metali u redu iza vodika imaju pozitivnu vrijednost ove vrijednosti

! vodik tijekom redukcije prema reakciji:

2H 2 O + 2ē = 2OH - + H2, (tj. iz vode u neutralnom okruženju) ima negativnu vrijednost standardnog potencijala elektrode -0,41

Materijal anode može biti topiv (željezo, krom, cink, bakar, srebro i drugi metali) i netopljiv - inertan - (ugljen, grafit, zlato, platina), pa će otopina sadržavati ione koji nastaju kada se anoda otopi:

Ja - nē = Ja +n

Nastali metalni ioni bit će prisutni u otopini elektrolita i njihova elektrokemijska aktivnost također će se morati uzeti u obzir.

Na temelju toga mogu se odrediti sljedeća pravila za procese koji se odvijaju na katodi:

1. Kation elektrolita nalazi se u nizu elektrokemijskih napona metala do i uključujući aluminij, proces redukcije vode je u tijeku:

2H 2 O + 2ē = 2OH - + H 2

Metalni kationi ostaju u otopini u katodnom prostoru

2. Kation elektrolita nalazi se između aluminija i vodika, ovisno o koncentraciji elektrolita dolazi ili do procesa redukcije vode ili do procesa redukcije metalnih iona. Budući da koncentracija nije navedena u zadatku, bilježe se oba moguća procesa:

2H 2 O + 2ē = 2OH - + H 2

Ja +n + nē = Ja

3. kation elektrolita - to su ioni vodika t.j. elektrolit – kiselina. Vodikovi ioni se reduciraju:

2N + + 2ē = N 2

4. Kation elektrolita nalazi se nakon vodika, kationi metala se reduciraju.

Ja +n + nē = Ja

Proces na anodi ovisi o materijalu anode i prirodi aniona.

1. Ako se anoda otopi (na primjer, željezo, cink, bakar, srebro), tada se metal anode oksidira.

Ja - nē = Ja +n

2. Ako je anoda inertna, t.j. netopivi (grafit, zlato, platina):

a) Tijekom elektrolize otopina soli kiselina bez kisika (osim fluorida) dolazi do procesa oksidacije aniona;

2Cl - - 2ē = Cl 2

2Br - - 2ē = Br 2

2I - - 2ē = I 2

S 2 - - 2ē = S

b) Tijekom elektrolize otopina lužina dolazi do procesa oksidacije hidrokso skupine OH -:

4OH - - 4ē = 2H 2 O + O 2

c) Prilikom elektrolize otopina soli kiselina koje sadrže kisik: HNO 3, H 2 SO 4, H 2 CO 3, H 3 PO 4 i fluorida dolazi do procesa oksidacije vode.

2H 2 O - 4ē = 4H + + O 2

d) Tijekom elektrolize acetata (soli octene ili etanske kiseline) acetatni ion se oksidira u etan i ugljični monoksid (IV) – ugljikov dioksid.

2CH 3 COO - - 2ē = C 2 H 6 + 2CO 2

Primjeri zadataka.

1. Uspostavite korespondenciju između formule soli i produkta koji nastaje na inertnoj anodi tijekom elektrolize njezine vodene otopine.

FORMULA SOLI

A) NiSO 4

B) NaClO 4

B) LiCl

D) RbBr

PROIZVOD NA ANODU

1) S 2) SO 2 3) Cl 2 4) O 2 5) H 2 6) Br 2

Riješenje:

Budući da dodjela specificira inertnu anodu, razmatramo samo promjene koje se događaju s kiselim ostacima nastalim tijekom disocijacije soli:

SO 4 2 - kiseli ostatak kiseline koja sadrži kisik. Dolazi do procesa oksidacije vode i oslobađanja kisika. Odgovor 4

ClO4 - kiseli ostatak kiseline koja sadrži kisik. Dolazi do procesa oksidacije vode i oslobađanja kisika. Odgovor 4.

Cl - kiseli ostatak kiseline bez kisika. U tijeku je proces oksidacije samog kiselog ostatka. Oslobađa se klor. Odgovor 3.

Br - kiseli ostatak kiseline bez kisika. U tijeku je proces oksidacije samog kiselog ostatka. Oslobađa se brom. Odgovor 6.

Generalni odgovor: 4436

2. Uspostavite korespondenciju između formule soli i produkta koji nastaje na katodi tijekom elektrolize njezine vodene otopine.

FORMULA SOLI

A) Al(NO 3) 3

B) Hg(NO 3) 2

B) Cu(NO 3) 2

D) NaNO 3

PROIZVOD NA ANODU

1) vodik 2) aluminij 3) živa 4) bakar 5) kisik 6) natrij

Riješenje:

Budući da zadatak specificira katodu, razmatramo samo promjene koje se događaju s metalnim kationima nastalim tijekom disocijacije soli:

Al 3+ u skladu s položajem aluminija u elektrokemijskom nizu metalnih napona (od početka niza do aluminija uključivo), doći će do procesa redukcije vode. Otpušta se vodik. Odgovor 1.

Hg 2+ u skladu s položajem žive (poslije vodika) doći će do procesa redukcije živinih iona. Nastaje živa. Odgovor 3.

Cu 2+ u skladu s položajem bakra (poslije vodika) doći će do procesa redukcije iona bakra. Odgovor 4.

Na+ u skladu s položajem natrija (od početka reda do uključivo aluminija), doći će do procesa redukcije vode. Odgovor 1.

Opći odgovor: 1341

Što je elektroliza? Da bismo jednostavnije razumjeli odgovor na ovo pitanje, zamislimo bilo koji istosmjerni izvor. Za svaki istosmjerni izvor uvijek možete pronaći pozitivan i negativan pol:

Spojimo na njega dvije kemijski postojane elektrovodljive ploče koje ćemo nazvati elektrodama. Ploču spojenu na pozitivni pol nazvat ćemo anodom, a na negativni pol katodom:

Natrijev klorid je elektrolit; kada se topi, disocira na natrijeve katione i kloridne ione:

NaCl = Na + + Cl −

Očito će negativno nabijeni anioni klora otići na pozitivno nabijenu elektrodu - anodu, a pozitivno nabijeni Na + kationi će otići na negativno nabijenu elektrodu - katodu. Kao rezultat toga, i Na + kationi i Cl − anioni će se isprazniti, odnosno postat će neutralni atomi. Do pražnjenja dolazi stjecanjem elektrona u slučaju iona Na + i gubitkom elektrona u slučaju iona Cl −. Odnosno, proces se odvija na katodi:

Na + + 1e − = Na 0 ,

I na anodi:

Cl − − 1e − = Cl

Budući da svaki atom klora ima nespareni elektron, njihovo pojedinačno postojanje je nepovoljno i atomi klora se spajaju u molekulu od dva atoma klora:

Sl∙ + ∙Cl = Cl 2

Dakle, ukupno se proces koji se odvija na anodi ispravnije piše na sljedeći način:

2Cl − − 2e − = Cl 2

Odnosno, imamo:

Katoda: Na + + 1e − = Na 0

Anoda: 2Cl − − 2e − = Cl 2

Sažemo elektroničku vagu:

Na + + 1e − = Na 0 |∙2

2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1<

Zbrojimo lijevu i desnu stranu obje jednadžbe polureakcije, dobivamo:

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

Reducirajmo dva elektrona na isti način kao što se to radi u algebri i dobit ćemo ionsku jednadžbu elektrolize:

2NaCl (tekućina) => 2Na + Cl 2

Gore razmatrani slučaj je s teorijske točke gledišta najjednostavniji, budući da su u talini natrijeva klorida među pozitivno nabijenim ionima bili samo natrijevi ioni, a među negativno nabijenim ionima samo klorovi anioni.

Drugim riječima, ni Na + kationi ni Cl − anioni nisu imali "konkurente" za katodu i anodu.

Što će se npr. dogoditi ako se umjesto rastaljenog natrijeva klorida struja propusti kroz njegovu vodenu otopinu? U ovom slučaju također se opaža disocijacija natrijevog klorida, ali stvaranje metalnog natrija u vodenoj otopini postaje nemoguće. Uostalom, znamo da je natrij, predstavnik alkalijskih metala, izuzetno aktivan metal koji vrlo burno reagira s vodom. Ako se natrij ne može reducirati pod takvim uvjetima, što će se onda reducirati na katodi?

Prisjetimo se strukture molekule vode. On je dipol, odnosno ima negativne i pozitivne polove:

Zahvaljujući ovom svojstvu može se "zalijepiti" i za površinu katode i za površinu anode:

U tom slučaju mogu se pojaviti sljedeći procesi:

2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2

2H 2 O – 4e − = O 2 + 4H +

Stoga se ispostavlja da ako razmotrimo otopinu bilo kojeg elektrolita, vidjet ćemo da se kationi i anioni nastali tijekom disocijacije elektrolita natječu s molekulama vode za redukciju na katodi i oksidaciju na anodi.

Dakle, koji će se procesi dogoditi na katodi i anodi? Pražnjenje iona nastalih tijekom disocijacije elektrolita ili oksidacije/redukcije molekula vode? Ili će se možda svi ovi procesi dogoditi istovremeno?

Ovisno o vrsti elektrolita, moguće su različite situacije tijekom elektrolize njegove vodene otopine. Na primjer, kationi alkalijskih, zemnoalkalijskih metala, aluminija i magnezija jednostavno se ne mogu reducirati u vodenom okruženju, budući da bi njihova redukcija morala proizvoditi alkalijske, zemnoalkalijske metale, aluminij ili magnezij, odnosno, tj. metali koji reagiraju s vodom.

U tom slučaju moguća je samo redukcija molekula vode na katodi.

Možete zapamtiti koji će se proces dogoditi na katodi tijekom elektrolize otopine bilo kojeg elektrolita slijedeći sljedeća načela:

1) Ako se elektrolit sastoji od metalnog kationa, koji u slobodnom stanju pod normalnim uvjetima reagira s vodom, proces se odvija na katodi:

2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2

Ovo se odnosi na metale koji se nalaze na početku niza aktivnosti Al, uključivo.

2) Ako se elektrolit sastoji od metalnog kationa, koji u svom slobodnom obliku ne reagira s vodom, ali reagira s neoksidirajućim kiselinama, istovremeno se odvijaju dva procesa, i redukcija metalnih kationa i molekula vode:

Me n+ + ne = Me 0

Ovi metali uključuju metale smještene između Al i H u nizu aktivnosti.

3) Ako se elektrolit sastoji od kationa vodika (kiselina) ili kationa metala koji ne reagiraju s kiselinama koje ne oksidiraju, reduciraju se samo kationi elektrolita:

2N + + 2e − = N 2 – kod kiseline

Me n + + ne = Me 0 – u slučaju soli

U međuvremenu, na anodi je situacija sljedeća:

1) Ako elektrolit sadrži anione kiselinskih ostataka bez kisika (osim F −), tada se proces njihove oksidacije događa na anodi; molekule vode se ne oksidiraju. Na primjer:

2Sl − − 2e = Cl 2

S 2- − 2e = S o

Ioni fluora se ne oksidiraju na anodi jer se fluor ne može formirati u vodenoj otopini (reagira s vodom)

2) Ako elektrolit sadrži hidroksidne ione (alkalije), oni se oksidiraju umjesto molekula vode:

4OH − − 4e − = 2H 2 O + O 2

3) Ako elektrolit sadrži kiselinski ostatak koji sadrži kisik (osim ostataka organske kiseline) ili fluoridni ion (F −), na anodi se odvija proces oksidacije molekula vode:

2H 2 O – 4e − = O 2 + 4H +

4) U slučaju kiselog ostatka karboksilne kiseline na anodi, odvija se proces:

2RCOO − − 2e − = R-R + 2CO 2

Vježbajmo pisanje jednadžbi elektrolize za raznim situacijama:

Primjer br. 1

Napišite jednadžbe procesa koji se odvijaju na katodi i anodi tijekom elektrolize taline cinkovog klorida, kao i opću jednadžbu elektrolize.

Riješenje

Kada se cinkov klorid topi, on disocira:

ZnCl 2 = Zn 2+ + 2Cl −

Dalje, trebate obratiti pozornost na činjenicu da se elektrolizom podvrgava talina cinkovog klorida, a ne vodena otopina. Drugim riječima, bez opcija, na katodi se može dogoditi samo redukcija kationa cinka, a na anodi oksidacija kloridnih iona jer bez molekula vode:

Katoda: Zn 2+ + 2e − = Zn 0 |∙1

Anoda: 2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1

ZnCl 2 = Zn + Cl 2

Primjer br. 2

Napišite jednadžbe procesa koji se odvijaju na katodi i anodi tijekom elektrolize vodene otopine cinkovog klorida, kao i opću jednadžbu elektrolize.

Budući da je u u ovom slučaju, vodena otopina prolazi elektrolizu, tada, teoretski, molekule vode mogu sudjelovati u elektrolizi. Budući da se cink nalazi u nizu aktivnosti između Al i H, to znači da će se na katodi dogoditi i redukcija kationa cinka i molekula vode.

2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2

Zn 2+ + 2e − = Zn 0

Kloridni ion je kiseli ostatak kiseline bez kisika HCl, stoga, u natjecanju za oksidaciju na anodi, kloridni ioni "pobjeđuju" nad molekulama vode:

2Cl − − 2e − = Cl 2

U ovom konkretnom slučaju, nemoguće je napisati ukupnu jednadžbu elektrolize, budući da je odnos između vodika i cinka oslobođenih na katodi nepoznat.

Primjer br. 3

Napišite jednadžbe procesa koji se odvijaju na katodi i anodi tijekom elektrolize vodene otopine bakrenog nitrata, kao i opću jednadžbu elektrolize.

Bakar nitrat u otopini je u disociranom stanju:

Cu(NO 3) 2 = Cu 2+ + 2NO 3 −

Bakar je u nizu aktivnosti desno od vodika, odnosno kationi bakra će se reducirati na katodi:

Cu 2+ + 2e − = Cu 0

Nitratni ion NO 3 - je kiselinski ostatak koji sadrži kisik, što znači da u oksidaciji na anodi nitratni ioni "gube" u konkurenciji s molekulama vode:

2H 2 O – 4e − = O 2 + 4H +

Tako:

Katoda: Cu 2+ + 2e − = Cu 0 |∙2

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

Dobivena jednadžba je ionska jednadžba elektrolize. Da biste dobili potpunu molekularnu jednadžbu elektrolize, trebate dodati 4 nitratna iona na lijevu i desnu stranu dobivene ionska jednadžba kao protuioni. Tada dobivamo:

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

Primjer br. 4

Napišite jednadžbe procesa koji se odvijaju na katodi i anodi tijekom elektrolize vodene otopine kalijeva acetata, kao i opću jednadžbu elektrolize.

Riješenje:

Kalijev acetat u vodenoj otopini disocira na kalijeve katione i acetatne ione:

CH 3 COOK = CH 3 COO − + K +

Kalij je alkalni metal, tj. je u nizu elektrokemijskih napona na samom početku. To znači da se njegovi kationi ne mogu isprazniti na katodi. Umjesto toga, molekule vode će se obnoviti:

2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2

Kao što je gore spomenuto, kiselinski ostaci karboksilnih kiselina "pobjeđuju" u natjecanju za oksidaciju s molekulama vode na anodi:

2CH 3 COO − − 2e − = CH 3 −CH 3 + 2CO 2

Dakle, zbrajanjem elektroničke ravnoteže i zbrajanjem dviju jednadžbi polureakcija na katodi i anodi dobivamo:

Katoda: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙1

Anoda: 2CH 3 COO − − 2e − = CH 3 −CH 3 + 2CO 2 |∙1

2H 2 O + 2CH 3 COO − = 2OH − + H 2 + CH 3 −CH 3 + 2CO 2

Dobili smo kompletnu jednadžbu elektrolize u ionskom obliku. Dodavanjem dva iona kalija na lijevu i desnu stranu jednadžbe i njihovim zbrajanjem s protuionima dobivamo potpunu jednadžbu elektrolize u molekularnom obliku:

2H 2 O + 2CH 3 COOK = 2KOH + H 2 + CH 3 −CH 3 + 2CO 2

Primjer br. 5

Napišite jednadžbe procesa koji se odvijaju na katodi i anodi tijekom elektrolize vodene otopine sumporne kiseline, kao i opću jednadžbu elektrolize.

Sumporne kiseline disocira na vodikove katione i sulfatne ione:

H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2-

Na katodi će se dogoditi redukcija vodikovih kationa H +, a na anodi oksidacija molekula vode, budući da su sulfatni ioni kiselinski ostaci koji sadrže kisik:

Katoda: 2N + + 2e − = H 2 |∙2

Anoda: 2H 2 O – 4e − = O 2 + 4H + |∙1

4H + + 2H 2 O = 2H 2 + O 2 + 4H +

Redukcijom vodikovih iona na lijevoj, desnoj i lijevoj strani jednadžbe dobivamo jednadžbu elektrolize vodene otopine sumporne kiseline:

2H2O = 2H2 + O2

Kao što vidite, elektroliza vodene otopine sumporne kiseline svodi se na elektrolizu vode.

Primjer br. 6

Napišite jednadžbe procesa koji se odvijaju na katodi i anodi tijekom elektrolize vodene otopine natrijevog hidroksida, kao i opću jednadžbu elektrolize.

Disocijacija natrijevog hidroksida:

NaOH = Na + + OH −

Na katodi će se reducirati samo molekule vode, jer je natrij vrlo aktivan metal; na anodi samo hidroksidni ioni:

Katoda: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙2

Anoda: 4OH − − 4e − = O 2 + 2H 2 O |∙1

4H 2 O + 4OH − = 4OH − + 2H 2 + O 2 + 2H 2 O

Reduciramo li lijevo i desno dvije molekule vode i 4 hidroksidna iona i dolazimo do zaključka da se, kao i u slučaju sumporne kiseline, elektroliza vodene otopine natrijevog hidroksida svodi na elektrolizu vode.

Tema 6. “Elektroliza otopina i rastaljenih soli”
1. Elektroliza – oksidativna – proces oporavka, koji teče na elektrodama kada električna struja prolazi kroz otopinu ili rastaljeni elektrolit.
2. Katoda je negativno nabijena elektroda. Dolazi do redukcije kationa metala i vodika (u kiselinama) ili molekula vode.
3. Anoda je pozitivno nabijena elektroda. Dolazi do oksidacije aniona kiselinskog ostatka i hidroksi skupine (u alkalijama).
4. Tijekom elektrolize otopine soli u reakcijska smjesa voda je prisutna. Budući da voda može pokazivati i oksidacijska i redukcijska svojstva, ona je "konkurent" i katodnim i anodnim procesima.
5. Postoji elektroliza s inertnim elektrodama (grafit, ugljik, platina) i aktivnom anodom (topivom), te elektroliza talina i otopina elektrolita.
KATODNI PROCESI
Ako je metal u rasponu naprezanja:
Položaj metala u nizu naprezanja
Oporavak na katodi
od Lija do Al
Molekule vode se reduciraju: 2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
od Mn do Pb
Reduciraju se i molekule vode i metalni kationi:
2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
Muškarci+ + ne- → Me0
od Cu do Au
Kationi metala se reduciraju: Men+ + ne- → Me0
ANODNI PROCESI
Kiselinski ostatak
Acm-
Anoda
Topljiv
(željezo, cink, bakar, srebro)
Netopljivo
(grafit, zlato, platina)
Bez kisika
Oksidacija anodnog metala
M0 – ne- = Mn+
otopina anode
Anionska oksidacija (osim F-)
Acm- - me- = Ac0
Sadrži kisik
Fluoridni ion (F-)
U kiseloj i neutralnoj sredini:
2 H2O - 4e- → O20 + 4H+
U alkalnoj sredini:
4OH- - 4e- = O20+ 2H2O
Primjeri procesa elektrolize talina s inertnim elektrodama
U talini elektrolita prisutni su samo njegovi ioni, pa se kationi elektrolita reduciraju na katodi, a anioni oksidiraju na anodi.
1. Razmotrimo elektrolizu taline kalijevog klorida.
Toplinska disocijacija KCl → K+ + Cl-
K(-) K+ + 1e- → K0
A (+) 2Cl- - 2e- → Cl02
Sažeta jednadžba:
2KCl → 2K0 + Cl20
2. Razmotrimo elektrolizu taline kalcijevog klorida.
Toplinska disocijacija CaCl2 → Ca2+ + 2Cl-
K(-) Ca2+ + 2e- → Ca0
A (+) 2Cl- - 2e- → Cl02
Sažeta jednadžba:
CaCl2 → Ca0 + Cl20
3. Razmotrite elektrolizu rastaljenog kalijevog hidroksida.
Toplinska disocijacija KOH → K+ + OH-
K(-) K+ + 1e- → K0
A (+) 4OH- - 4e- → O20 + 2H2O
Sažeta jednadžba:
4KON → 4K0 + O20 + 2H2O
Primjeri procesa elektrolize otopina elektrolita s inertnim elektrodama
Za razliku od talina, u otopini elektrolita, osim njegovih iona, postoje i molekule vode. Stoga, pri razmatranju procesa na elektrodama, potrebno je uzeti u obzir njihovo sudjelovanje. Elektroliza otopine soli koju tvori aktivni metal u nizu napona do aluminija i kiseli ostatak kiseline koja sadržava kisik svodi se na elektrolizu vode. 1. Razmotrimo elektrolizu vodene otopine magnezijevog sulfata. MgSO4 je sol koja se sastoji od metala u nizu napona do aluminija i kiselinskog ostatka koji sadržava kisik. Jednadžba disocijacije: MgSO4 → Mg2+ + SO42- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Ukupna jednadžba: 6H2O = 2H20 + 4OH- + O20 + 4H+ 2H2O = 2H20 + O20 2. Razmotrite elektrolizu vodene otopine bakrova (II) sulfata. CuSO4 je sol koju čine nisko aktivni metal i kiselinski ostatak koji sadrži kisik. U tom slučaju elektrolizom nastaju metal i kisik, a odgovarajuća kiselina nastaje u prostoru katoda-anoda. Jednadžba disocijacije: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Ukupna jednadžba: 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu0 + O20 + 4H+ 2CuSO4 + 2H2O = 2Cu0 + O20 + 2H2SO4
3. Razmotrimo elektrolizu vodene otopine kalcijevog klorida. CaCl2 je sol koju čine aktivni metal i kiselinski ostatak bez kisika. U tom slučaju tijekom elektrolize nastaju vodik i halogen, a u prostoru katoda-anoda nastaje lužina. Jednadžba disocijacije: CaCl2 → Ca2+ + 2Cl- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2Cl- – 2e- = Cl20 Ukupna jednadžba: 2H2O + 2Cl- = Cl20 + 2OH- CaCl2 + 2H2O = Ca (OH)2 + Cl20 + H20 4. Razmotrite elektrolizu vodene otopine bakrova (II) klorida. CuCl2 je sol koja se sastoji od niskoaktivnog metala i kiselog ostatka kiseline bez kisika. U tom slučaju nastaju metal i halogen. Jednadžba disocijacije: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2Sl- – 2e- = Cl20 Ukupna jednadžba: Cu2+ + 2Cl- = Cu0 + Cl20 CuCl2 = Cu0 + Cl20 5. Razmotrite proces elektrolize otopine natrijeva acetata. CH3COONa je sol koja se sastoji od aktivnog metala i kiselog ostatka karboksilne kiseline. Elektrolizom se proizvodi vodik, lužina. Jednadžba disocijacije: CH3COONa → CH3COO - + Na+ K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2CH3COO¯− 2e = C2H6 + 2CO2 Ukupna jednadžba: 2H2O + 2CH3COO¯ = H20 + 2OH - + C2H6 + 2CO2 2N2O + 2CH3COONa = 2NaOH + N20 + C2H6 + 2CO2 6. Razmotrimo proces elektrolize otopine nikal nitrata. Ni(NO3)2 je sol koja se sastoji od metala u nizu napona od Mn do H2 i kiselinskog ostatka koji sadržava kisik. U procesu dobivamo metal, vodik, kisik i kiselinu. Jednadžba disocijacije: Ni(NO3)2 → Ni2+ + 2NO3- K (-) Ni2+ +2e- = Ni0 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Jednadžba sažetka: Ni2+ + 2H2O + 2H2O = Ni0 + H20 + 2OH- + O20 + 4H+ Ni(NO3)2 + 2H2O = Ni0 +2HNO3 + H20 + O20 7. Razmotrimo proces elektrolize otopine sumporne kiseline. Jednadžba disocijacije: H2SO4 → 2H+ + SO42- K (-) 2H+ +2e- = H20 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Ukupna jednadžba: 2H2O + 4H+ = 2H20 + O20 + 4H+ 2H2O = 2H20 + O20
8. Razmotrite proces elektrolize otopine natrijevog hidroksida. U ovom slučaju dolazi samo do elektrolize vode. Slično se odvija i elektroliza otopina H2SO4, NaNO3, K2SO4 itd. Jednadžba disocijacije: NaOH → Na+ + OH- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 4OH- – 4e- = O20 + 2H2O Jednadžba sažetka: 4H2O + 4OH- = 2H20 + 4OH- + O20 + 2H2O 2H2O = 2H20 + O20
Primjeri procesa elektrolize otopina elektrolita s topivim elektrodama
Tijekom elektrolize, sama topljiva anoda prolazi kroz oksidaciju (otapanje). 1. Razmotrimo proces elektrolize bakrenog (II) sulfata s bakrenom anodom. Kod elektrolize otopine bakrenog sulfata s bakrenom anodom, proces se svodi na oslobađanje bakra na katodi i postupno otapanje anode, unatoč prirodi aniona. Količina bakrenog sulfata u otopini ostaje nepromijenjena. Jednadžba disocijacije: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ +2e- → Cu0 A (+) Cu0 - 2e- → Cu2+ prijelaz iona bakra s anode na katodu
Primjeri zadataka na ovu temu u varijantama Jedinstvenog državnog ispita
U 3. (Var.5)
Uspostavite korespondenciju između formule tvari i proizvoda elektrolize njezine vodene otopine na inertnim elektrodama.
FORMULA PROIZVODA ELEKTROLIZE TVARI
A) Al2(SO4)3 1. metalni hidroksid, kiselina
B) CsOH 2. metal, halogen
B) Hg(NO3)2 3. metal, kisik
D) AuBr3 4. vodik, halogen 5. vodik, kisik 6. metal, kiselina, kisik Obrazloženje: 1. Tijekom elektrolize Al2(SO4)3 i CsOH na katodi voda se reducira u vodik. Isključujemo opcije 1, 2, 3 i 6. 2. Za Al2(SO4)3, voda se oksidira u kisik na anodi. Odabiremo opciju 5. Za CsOH, hidroksidni ion se oksidira u kisik na anodi. Odabiremo opciju 5. 3. Tijekom elektrolize Hg(NO3)2 i AuBr3 dolazi do redukcije metalnih kationa na katodi. 4. Za Hg(NO3)2 voda se oksidira na anodi. Nitratni ioni u otopini vežu se s kationima vodika, stvarajući dušičnu kiselinu u anodnom prostoru. Odabiremo opciju 6. 5. Za AuBr3, Br- anion se oksidira u Br2 na anodi. Biramo opciju 2.
A
B
U
G
5
5
6
2
U 3. (Var.1)
Poveži naziv tvari s načinom njezina dobivanja.
NAZIV TVARI PROIZVODNJA ELEKTROLIZOM A) litij 1) otopina LiF B) fluor 2) talina LiF C) srebro 3) otopina MgCl2 D) magnezij 4) otopina AgNO3 5) talina Ag2O 6) talina MgCl2 Tijek zaključivanja: 1. Slično kao elektroliza taline natrijevog klorida odvija se proces elektrolize taline litij fluorida. Za opcije A i B odaberite odgovor 2. 2. Srebro se može dobiti iz otopine njegove soli - srebrnog nitrata. 3. Magnezij se ne može dobiti iz otopine soli. Odabiremo opciju 6 – talina magnezijevog klorida.
A
B
U
G
2
2
4
6
U 3. (Var.9)
Uspostavite korespondenciju između formule soli i jednadžbe procesa koji se odvija na katodi tijekom elektrolize njezine vodene otopine.
FORMULA SOLI JEDNADŽBA KATODNOG PROCESA
A) Al(NO3)3 1) 2H2O – 4e- → O2 + 4H+
B) CuCl2 2) 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
B) SbCl3 3) Cu2+ + 1e- → Cu+
D) Cu(NO3)2 4) Sb3+ - 2 e- → Sb5+ 5) Sb3+ + 3e- → Sb0
6) Cu2+ + 2e- → Cu0
Tijek obrazloženja: 1. Na katodi se odvijaju redukcijski procesi kationa metala ili vode. Stoga odmah isključujemo opcije 1 i 4. 2. Za Al(NO3)3: na katodi je u tijeku proces redukcije vode. Biramo opciju 2. 3. Za CuCl2: metalni kationi Cu2+ se reduciraju. Odabiremo opciju 6. 4. Za SbCl3: metalni kationi Sb3+ se reduciraju. Odabiremo opciju 5. 5. Za Cu(NO3)2: metalni kationi Cu2+ se reduciraju. Biramo opciju 6.
A
B
U
G
2

Natrag naprijed

Pažnja! Pregledi slajdova služe samo u informativne svrhe i možda neće predstavljati sve značajke prezentacije. Ako ste zainteresirani za ovaj rad, preuzmite punu verziju.

Rezultati jedinstvenog državnog ispita pokazuju da zadaće na temu “Elektroliza” za maturante ostaju teške. U školski plan i program Nedovoljno sati posvećeno je proučavanju ove teme. Stoga je prilikom pripreme školaraca za Jedinstveni državni ispit potrebno detaljno proučiti ovo pitanje. Poznavanje osnova elektrokemije pomoći će diplomantu da uspješno položi ispit i nastavi studij na visokoškolskoj ustanovi.Za proučavanje teme „Elektroliza“ na dovoljnoj razini potrebno je izvršiti pripremni rad s maturantima koji polažu Jedinstveni državni ispit: - razmotriti definicije osnovnih pojmova u temi "Elektroliza"; - analiza procesa elektrolize talina i otopina elektrolita; - učvrstiti pravila za redukciju kationa na katodi i oksidaciju anioni na anodi (uloga molekula vode tijekom elektrolize otopina); - formiranje vještina sastavljanja jednadžbi za proces elektrolize (katodni i anodni procesi); - naučiti učenike izvoditi standardne zadatke osnovna razina(zadaci), povećane i visoke razine složenosti. Elektroliza– oksidacijsko-redukcijski proces koji se odvija u otopinama i talinama elektrolita tijekom prolaska istosmjerne električne struje. U otopini ili talini elektrolita disocira na ione. Kada se uključi električna struja, ioni se kreću usmjereno i na površini elektroda mogu se pojaviti redoks procesi. Anoda– pozitivna elektroda, na njoj se odvijaju oksidacijski procesi.

Katoda je negativna elektroda, na njoj se odvijaju redukcijski procesi.

Elektroliza talina koristi se za dobivanje aktivnih metala koji se nalaze u rasponu napona do aluminija (uključujući).

Elektroliza taline natrijeva klorida

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

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

2NaCl (električna struja) -> 2Na + Cl 2 (samo za elektrolizu taline).

Aluminij se proizvodi elektrolizom otopine aluminijevog oksida u rastaljenom kriolitu (Na 3 AlF 6).

2Al 2 O 3 (električna struja) ->4Al +3O 2

K(-)Al 3+ +3e‾ ->Al

A(+)2O 2‾ -2e‾ ->O 2

Elektroliza taline kalijevog hidroksida.

KOH->K + +OH‾

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

A(+) 4OH - - 4e -> O 2 0 + 2H 2 O

4KOH (električna struja) -> 4K 0 + O 2 0 +2H 2 O

Elektroliza vodenih otopina je složenija, jer se u tom slučaju molekule vode mogu reducirati ili oksidirati na elektrodama.

Elektroliza vodenih otopina soli složeniji zbog mogućeg sudjelovanja molekula vode na katodi i anodi u elektrodnim procesima.

Pravila elektrolize u vodenim otopinama.

Na katodi:

1. Kationi koji se nalaze u rasponu napona metala od litija do aluminija (uključujući), kao i kationi NN 4 + ne reduciraju se, umjesto toga obnavljaju se molekule vode:

2H20 + 2e->H 2 + 2OH -

2. Kationi smješteni u nizu napona nakon aluminija u vodik mogu se reducirati zajedno s molekulama vode:

2H20 + 2e->H2 + 2OH -

Zn 2+ + 2e->Zn 0

3. Kationi smješteni u nizu napona nakon što su vodik potpuno reducirani: Ag + + 1e->Ag 0

4. Vodikovi ioni reduciraju se u kiselim otopinama: 2N + + 2e->H 2

Na anodi:

1. Anioni koji sadrže kisik i F-– ne oksidiraju, umjesto toga oksidiraju molekule vode:

2H 2 O – 4e->O2 + 4H +

2. Anioni sumpora, joda, broma, klora (u ovom nizu) oksidiraju se u jednostavne tvari:

2Sl - – 2e->Cl 2 0 S 2- - 2e->S 0

3. U otopinama lužina hidroksidni ioni se oksidiraju:

4OH - - 4e->O2 + 2H20

4. U otopinama soli karboksilnih kiselina anioni se oksidiraju:

2 R - SOO - - 2e->R - R + 2SO 2

5. Pri korištenju topljivih anoda elektrone šalje sama anoda u vanjski krug zbog oksidacije metalnih atoma od kojih je anoda napravljena:

Su 0 - 2e->Cu 2+

Primjeri procesa elektrolize u vodenim otopinama elektrolita

Primjer 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 +

Opća jednadžba elektrolize je: 2H 2 O (električna struja) -> 2 H 2 + O 2

Primjer 2. NaCl ->Na + +Cl‾

K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -

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

2NaCl + 2H 2 O (električna struja) -> H 2 + 2NaOH + Cl 2

Primjer 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-

K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu

A(+)2H 2 O – 4e‾ -> O 2 + 4H +

Opća jednadžba elektrolize: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (električna struja) -> 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4

Primjer 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

Opća jednadžba za elektrolizu je:

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

Zadaci osnovne razine težine

Test na temu „Elektroliza talina i otopina soli. Niz metalnih naprezanja.”

1. Alkalija je jedan od produkata elektrolize u vodenoj otopini:

1) KCI 2) CuSO 4 3) FeCI 2 4) AgNO 3

2. Tijekom elektrolize vodene otopine kalijevog nitrata na anodi se oslobađa: 1) O 2 2) NO 2 3) N 2 4) H 23. Elektrolizom vodene otopine nastaje vodik: 1) CaCI 2 2) CuSO 4 3) Hg(NO 3) 2 4) AgNO 34. Reakcija je moguća između: 1) Ag i K 2 SO 4 (otopina) 2) Zn i KCI (otopina) 3) Mg i SnCI 2(otopina) 4) Ag i CuSO 4 (otopina)5. Tijekom elektrolize otopine natrijeva jodida na katodi boja lakmusa u otopini je: 1) crvena 2 ) plava 3) ljubičasta 4) žuta6. Tijekom elektrolize vodene otopine kalijevog fluorida na katodi se oslobađa: 1) vodik 2) vodikov fluorid 3) fluor 4) kisik

Problemi na temu "Elektroliza"

1. Elektroliza 400 g 20%-tne otopine natrijeva klorida prekinuta je kada se na katodi oslobodilo 11,2 l (n.s.) plina. Stupanj razgradnje izvorne soli (u%) je:

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

Rješenje problema. Napravimo jednadžbu za reakciju elektrolize: 2NaCl + 2H 2 O→H 2 +Cl 2 +2NaOHm(NaCl)=400∙0.2=80 g soli je bilo u otopini.ν(H 2)=11.2/22.4=0 . 5 mol ν(NaCl)=0,5∙2=1 molm(NaCl)= 1∙58,5=58,5 g soli se razgradilo elektrolizom.Stupanj razgradnje soli 58,5/80=0,73 ili 73%.

Odgovor: 73% soli se razgradilo.

2. Proveli smo elektrolizu 200 g 10% otopine krom (III) sulfata do potpunog utroška soli (oslobađa se metal na katodi). Masa (u gramima) potrošene vode je:

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

Rješenje problema. Napravimo jednadžbu za reakciju elektrolize: 2Cr 2 (SO 4) 3 +6H 2 O→4Cr +3O 2 +6H 2 SO 4m(Cr 2 (SO 4) 3)=200∙0.1=20gν(Cr 2 (SO 4) 3)=20/392=0,051 molν(H 2 O)=0,051∙3=0,153 molm(H 2 O)= 0,153∙18=2,76 g

Zadaci viša razina težina B3

1. Uspostavite korespondenciju između formule soli i jednadžbe procesa koji se odvija na anodi tijekom elektrolize njegove vodene otopine.

3. Uspostavite korespondenciju između formule soli i jednadžbe procesa koji se odvija na katodi tijekom elektrolize njegove vodene otopine.

5. Uspostavite podudarnost između naziva tvari i proizvoda elektrolize njezine vodene otopine.

Odgovori: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. Dakle, proučavajući temu elektrolize, maturanti dobro svladavaju ovaj dio i pokazuju dobre rezultate na ispitu. Proučavanje materijala popraćeno je prezentacijom na ovu temu.

Uspostavite podudarnost između formule soli i produkta koji nastaje na inertnoj anodi tijekom elektrolize njezine vodene otopine: za svako mjesto označeno slovom odaberite odgovarajuće mjesto označeno brojem.

FORMULA SOLI		PROIZVOD NA ANODU

A	B	U	G

Riješenje.

Tijekom elektrolize vodenih otopina soli, lužina i kiselina na inertnoj anodi:

Voda se ispušta i kisik se oslobađa ako je sol kiseline koja sadržava kisik ili sol fluorovodične kiseline;

Hidroksidni ioni se ispuštaju, a kisik se oslobađa ako se radi o lužini;

Kiselinski ostatak uključen u sol se ispušta, a odgovarajuća jednostavna tvar se oslobađa ako je to sol kiseline bez kisika (osim ).

Proces elektrolize soli karboksilnih kiselina odvija se na poseban način.

Odgovor: 3534.

Odgovor: 3534

Izvor: Yandex: Trening Rad na jedinstvenom državnom ispitu u kemiji. Opcija 1.

Uspostavite korespondenciju između formule tvari i produkta koji nastaje na katodi tijekom elektrolize njezine vodene otopine: za svaki položaj označen slovom odaberite odgovarajući položaj označen brojem.

FORMULA TVARI		PROIZVOD ELEKTROLIZE, NASTALA NA KATODI

Zapišite brojeve u svom odgovoru, poredajući ih redoslijedom koji odgovara slovima:

A	B	U	G

Riješenje.

Tijekom elektrolize vodenih otopina soli na katodi se oslobađa:

Vodik, ako je sol metala koji stoji u nizu metalnih napona lijevo od aluminija;

Metal, ako je sol metala koji stoji u nizu metalnih napona desno od vodika;

Metal i vodik, ako je sol metala koji je u nizu metalnih napona između aluminija i vodika.

Odgovor: 3511.

Odgovor: 3511

Izvor: Yandex: Jedinstveni državni ispit za obuku iz kemije. opcija 2.

FORMULA SOLI		PROIZVOD NA ANODU

Zapišite brojeve u svom odgovoru, poredajući ih redoslijedom koji odgovara slovima:

A	B	U	G

Riješenje.

Tijekom elektrolize vodenih otopina soli kiselina koje sadržavaju kisik i fluorida dolazi do oksidacije kisika iz vode, pa se na anodi oslobađa kisik. Tijekom elektrolize vodenih otopina kiselina bez kisika dolazi do oksidacije kiselinskog ostatka.

Odgovor: 4436.

Odgovor: 4436

Uspostavite korespondenciju između formule tvari i produkta koji nastaje na inertnoj anodi kao rezultat elektrolize vodene otopine te tvari: za svaki položaj označen slovom odaberite odgovarajući položaj označen brojem.

FORMULA TVARI

PROIZVOD NA ANODU

2) sumporni oksid(IV)

3) ugljični monoksid (IV)

5) kisik

6) dušikov oksid(IV)

Zapišite brojeve u svom odgovoru, poredajući ih redoslijedom koji odgovara slovima:

A	B	U	G