Номер 1, страница 75, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Чем отличается электролиз расплавов от электролиза водных растворов?

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании электрического тока через расплав или раствор электролита. Основное различие между электролизом расплавов и электролизом водных растворов заключается в составе частиц, участвующих в электродных процессах, и, как следствие, в продуктах реакции и условиях ее проведения.

Состав электролита

Ключевое отличие заключается в среде, где движутся ионы.

• В расплаве электролита присутствуют только ионы, из которых состоит само вещество (катионы и анионы). Например, в расплаве поваренной соли ($NaCl$) находятся только катионы натрия ($Na^+$) и хлорид-ионы ($Cl^-$).
• В водном растворе, помимо ионов растворенного вещества, всегда присутствуют молекулы воды ($H_2O$), а также ионы водорода ($H^+$) и гидроксид-ионы ($OH^-$), образующиеся при диссоциации воды. Молекулы воды могут выступать как конкуренты ионам электролита в процессах на электродах.

Процессы на электродах

Из-за различий в составе электролита, процессы на катоде (отрицательный электрод) и аноде (положительный электрод) протекают по-разному.

Сравним на примере хлорида натрия ($NaCl$):

1. Электролиз расплава $NaCl$

В расплаве нет конкурентов для ионов $Na^+$ и $Cl^-$.

• На катоде (–) происходит восстановление катионов натрия:

  $K(-): Na^+ + 1e^- \rightarrow Na^0$

• На аноде (+) происходит окисление хлорид-ионов:

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

Продуктами являются простые вещества: металлический натрий и газообразный хлор.

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

2. Электролиз водного раствора $NaCl$

В растворе на электродах возникает конкуренция между ионами соли и молекулами воды.

• На катоде (–) за электроны конкурируют катионы $Na^+$ и молекулы $H_2O$. Так как натрий — очень активный металл (стоит в ряду активности левее алюминия), то восстанавливаться будет вода, а не ионы натрия:

  $K(-): 2H_2o + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$

• На аноде (+) конкурируют анионы $Cl^-$ и молекулы $H_2O$. Хлорид-ион ($Cl^-$), как анион бескислородной кислоты, окисляется легче, чем вода:

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

В результате на катоде выделяется водород, а в при катодном пространстве накапливаются гидроксид-ионы ($OH^-$). На аноде выделяется хлор. Оставшиеся в растворе ионы $Na^+$ и $OH^-$ образуют гидроксид натрия ($NaOH$).

Суммарное уравнение: $2NaCl + 2H_2o \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$

Продукты и условия

Как видно из примера, продукты электролиза кардинально различаются. Кроме того, различаются и условия проведения процесса:

• Электролиз расплавов требует очень высоких температур для плавления вещества (например, t_пл $NaCl$ = 801o C).
• Электролиз водных растворов проводится при комнатной или близкой к ней температуре.

Ответ: Электролиз расплавов отличается от электролиза водных растворов составом электролита, электродными процессами, конечными продуктами и условиями проведения. В расплаве в электролизе участвуют только ионы самого вещества. В водном растворе, помимо ионов вещества, в процессах на электродах могут участвовать молекулы воды, что создает конкуренцию на катоде (между катионом металла и водой) и аноде (между анионом и водой). Из-за этого продукты электролиза одного и того же вещества в расплаве и растворе, как правило, различны. Кроме того, электролиз расплавов требует высоких температур, а электролиз растворов проводится при обычных условиях.