Номер 2, страница 75, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Какие металлы можно получить при электролизе расплавов и нельзя получить при электролизе водных растворов их солей?

Металлы, которые можно получить при электролизе расплавов, но нельзя получить при электролизе водных растворов их солей, — это очень активные металлы. Причина заключается в побочном процессе, который происходит при электролизе в водной среде, — восстановлении воды.

Рассмотрим два процесса подробнее:

1. Электролиз расплава соли. В расплаве (например, хлорида натрия $NaCl$) присутствуют только катионы металла ($Na^+$) и анионы кислотного остатка ($Cl^-$). При пропускании электрического тока на катоде (отрицательном электроде) происходит восстановление катионов металла, так как это единственно возможный катодный процесс:

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

2. Электролиз водного раствора соли. В водном растворе, помимо ионов соли ($Na^+$ и $Cl^-$), присутствуют также молекулы воды ($H_2O$), которые могут участвовать в электрохимических процессах. На катоде возникает конкуренция между восстановлением катиона металла и восстановлением воды:

Процесс 1: $Me^{n+} + ne^- \rightarrow Me$

Процесс 2: $2H_2o + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

Какой из этих двух процессов будет протекать, зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжений (ряду активности металлов). Этот ряд отражает стандартные электродные потенциалы металлов. Восстанавливается тот катион, который имеет больший (менее отрицательный) потенциал восстановления.

Для очень активных металлов, таких как щелочные (Li, Na, K), щелочноземельные (Mg, Ca, Ba) и алюминий (Al), потенциал восстановления их катионов значительно более отрицательный, чем потенциал восстановления воды. Поэтому при электролизе их водных растворов на катоде будет преимущественно восстанавливаться вода с выделением газообразного водорода, а не металл. Металл же останется в растворе в виде ионов.

Например, для раствора $NaCl$:

$E^0(Na^+/Na) = -2.71 \text{ В}$

$E(H_2O/H_2) \approx -0.83 \text{ В}$ (при pH=7)

Поскольку $-0.83 \text{ В} > -2.71 \text{ В}$, на катоде будет идти реакция восстановления воды.

Таким образом, для получения таких активных металлов в чистом виде используют исключительно электролиз их расплавленных солей (например, хлоридов) или оксидов (как в случае с алюминием, который получают электролизом расплава $Al_2O_3$ в криолите).

Ответ: Это активные металлы, стоящие в ряду активности до марганца (Mn). К ним относятся щелочные металлы (например, литий Li, натрий Na, калий K), щелочноземельные металлы (например, магний Mg, кальций Ca, барий Ba) и алюминий (Al).