Страница 322 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.199. Приведите по одному примеру солей, для которых электролиз раствора и расплава даёт: а) одинаковые; б) разные продукты.

а) Для того чтобы продукты электролиза расплава и водного раствора соли были одинаковыми, необходимо выполнение двух условий:

1. Катион металла должен быть менее активным, чем водород (в ряду активности металлов стоять правее $H_2$). В этом случае на катоде будет восстанавливаться металл, а не вода.
2. Анион должен быть от бескислородной кислоты (например, $Cl^-$, $Br^-$, $I^-$), кроме фторид-иона ($F^-$). В этом случае на аноде будет окисляться анион, а не вода.

Примером такой соли является хлорид меди(II) ($CuCl_2$).

Электролиз расплава $CuCl_2$:

В расплаве присутствуют только ионы $Cu^{2+}$ и $Cl^-$.

Катод (–): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Суммарное уравнение: $CuCl_2 \xrightarrow{электролиз} Cu + Cl_2 \uparrow$

Продукты: металлический медь ($Cu$) и газообразный хлор ($Cl_2$).

Электролиз водного раствора $CuCl_2$:

В растворе присутствуют ионы $Cu^{2+}$, $Cl^-$ и молекулы воды $H_2O$.

Катод (–): Медь стоит в ряду активности правее водорода, поэтому восстанавливаются ионы меди: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$

Анод (+): Хлорид-ион — анион бескислородной кислоты, поэтому окисляется он, а не вода: $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Суммарное уравнение: $CuCl_2 \xrightarrow[H_2O]{электролиз} Cu + Cl_2 \uparrow$

Продукты: металлический медь ($Cu$) и газообразный хлор ($Cl_2$).

Как видно, продукты электролиза расплава и раствора хлорида меди(II) одинаковы.

Ответ: $CuCl_2$ (хлорид меди(II)).

б) Для того чтобы продукты электролиза расплава и водного раствора соли были разными, достаточно, чтобы хотя бы одно из условий из пункта (а) не выполнялось. То есть, либо металл должен быть активным (до алюминия включительно), либо анион должен быть кислородсодержащим или фторид-ионом.

Примером такой соли является хлорид натрия ($NaCl$).

Электролиз расплава $NaCl$:

В расплаве присутствуют только ионы $Na^+$ и $Cl^-$.

Катод (–): $Na^+ + e^- \rightarrow Na$

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Суммарное уравнение: $2NaCl \xrightarrow{электролиз} 2Na + Cl_2 \uparrow$

Продукты: металлический натрий ($Na$) и газообразный хлор ($Cl_2$).

Электролиз водного раствора $NaCl$:

В растворе присутствуют ионы $Na^+$, $Cl^-$ и молекулы воды $H_2O$.

Катод (–): Натрий — очень активный металл, поэтому вместо его ионов восстанавливаются молекулы воды: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

Анод (+): Хлорид-ион — анион бескислородной кислоты, поэтому окисляется он: $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Суммарное уравнение: $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow + 2NaOH$

Продукты: газообразный водород ($H_2$), газообразный хлор ($Cl_2$) и гидроксид натрия ($NaOH$).

Продукты электролиза расплава ($Na$, $Cl_2$) и раствора ($H_2$, $Cl_2$, $NaOH$) различны.

Ответ: $NaCl$ (хлорид натрия). Другие возможные примеры: $KNO_3$, $CuSO_4$, $Na_2SO_4$.