Номер 16, страница 195 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.16. Объясните, почему при получении хлора электролизом раствора поваренной соли нельзя использовать железный анод.

Решение

При электролизе водного раствора поваренной соли ($NaCl$) на аноде (положительно заряженном электроде) происходит процесс окисления. В данном случае за возможность окислиться конкурируют три участника: хлорид-ионы ($Cl^-$), молекулы воды ($H_2O$) и атомы материала, из которого сделан анод, то есть железа ($Fe$).

Чтобы определить, какой процесс пойдет в первую очередь, нужно сравнить их потенциалы окисления. Чем выше (более положительный) потенциал окисления, тем легче протекает процесс.

1. Окисление самого материала анода — железа (анодное растворение):
   $Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$
   Потенциал этой реакции окисления составляет $E_{ox} = +0.44$ В.
2. Окисление воды с образованием кислорода:
   $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 + 4H^+$
   Потенциал этой реакции окисления составляет $E_{ox} = -1.23$ В.
3. Окисление хлорид-ионов с образованием газообразного хлора:
   $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2$
   Потенциал этой реакции окисления составляет $E_{ox} = -1.36$ В.

Сравнивая значения, мы видим, что потенциал окисления железа ($+0.44$ В) является самым высоким.

Это означает, что вместо того чтобы на аноде выделялся хлор (целевой продукт) или кислород, сам железный анод будет активно окисляться (растворяться), переходя в раствор в виде ионов железа ($Fe^{2+}$). Такой анод называется «активным» или «растворимым», в отличие от «инертного» (например, графитового), который не участвует в реакции.

Таким образом, использование железного анода не позволит получить целевой продукт — хлор, а приведет к разрушению анода и загрязнению электролита солями железа.

Ответ: Использовать железный анод при получении хлора электролизом раствора поваренной соли нельзя, потому что железо — химически активный металл. Его потенциал окисления ($E_{ox} = +0.44$ В) значительно выше, чем потенциал окисления хлорид-ионов ($E_{ox} = -1.36$ В). В результате на аноде будет происходить не выделение хлора, а окисление и растворение самого железного анода, что делает процесс получения хлора невозможным.