Номер 9, страница 54 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

9. Что такое электролиз? Напишите уравнения реакций электролиза водных растворов хлорида меди(II), бромида натрия, сульфата магния.

Электролиз — это совокупность окислительно-восстановительных процессов, которые протекают на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. На катоде (отрицательном электроде) происходит процесс восстановления (присоединение электронов), а на аноде (положительном электроде) — процесс окисления (отдача электронов).

Решение

Электролиз водного раствора хлорида меди(II)

В водном растворе хлорид меди(II) ($CuCl_2$) диссоциирует на ионы: $CuCl_2 \leftrightarrow Cu^{2+} + 2Cl^-$. В растворе также присутствуют молекулы воды.

На катоде (K, отрицательный электрод) происходит восстановление. Конкурируют катионы меди $Cu^{2+}$ и молекулы воды. Согласно электрохимическому ряду напряжений металлов, медь является малоактивным металлом (стоит после водорода), поэтому восстанавливаться будут ионы меди:

K(-): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$

На аноде (A, положительный электрод) происходит окисление. Конкурируют анионы $Cl^-$ и молекулы воды. При электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде окисляются анионы кислотного остатка:

A(+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$

Суммируя процессы на катоде и аноде, получаем общее уравнение электролиза:

$CuCl_2 \xrightarrow{электролиз} Cu \downarrow + Cl_2 \uparrow$

Ответ: $CuCl_2 \xrightarrow{электролиз} Cu + Cl_2$.

Электролиз водного раствора бромида натрия

В водном растворе бромид натрия ($NaBr$) диссоциирует на ионы: $NaBr \leftrightarrow Na^+ + Br^-$. В растворе также присутствуют молекулы воды.

На катоде происходит восстановление. Конкурируют катионы натрия $Na^+$ и молекулы воды. Натрий — очень активный металл (стоит в ряду напряжений до алюминия), поэтому вместо него будут восстанавливаться молекулы воды:

K(-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

На аноде происходит окисление. Конкурируют анионы $Br^-$ и молекулы воды. Бромид-ион — анион бескислородной кислоты, поэтому окисляться будет он:

A(+): $2Br^- - 2e^- \rightarrow Br_2$

В растворе остаются ионы $Na^+$ и образуются гидроксид-ионы $OH^-$, которые вместе образуют гидроксид натрия ($NaOH$). Суммарное уравнение реакции выглядит так:

$2NaBr + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2 \uparrow + Br_2$

Ответ: $2NaBr + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2 \uparrow + Br_2$.

Электролиз водного раствора сульфата магния

В водном растворе сульфат магния ($MgSO_4$) диссоциирует на ионы: $MgSO_4 \leftrightarrow Mg^{2+} + SO_4^{2-}$. В растворе также присутствуют молекулы воды.

На катоде происходит восстановление. Конкурируют катионы магния $Mg^{2+}$ и молекулы воды. Магний — активный металл, поэтому восстанавливаться будут молекулы воды:

K(-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

На аноде происходит окисление. Конкурируют сульфат-анионы $SO_4^{2-}$ и молекулы воды. Сульфат-ион является анионом кислородсодержащей кислоты, в котором сера находится в высшей степени окисления, поэтому окисляться будут молекулы воды:

A(+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$

В данном случае и катионы, и анионы соли не участвуют в электродных процессах. Фактически происходит электролиз воды, а сульфат магния служит лишь для обеспечения электропроводности раствора. Суммарное уравнение процесса представляет собой разложение воды:

$2H_2O \xrightarrow{электролиз, \, MgSO_4} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

Ответ: $2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$.