Номер 3, страница 75, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Какие продукты образуются на аноде при электролизе растворов и расплавов солей кислородсодержащих кислот?

Продукты, образующиеся на аноде при электролизе солей кислородсодержащих кислот, зависят от агрегатного состояния электролита (раствор или расплав) и типа используемого анода (инертный или активный). В данном ответе рассматривается случай с инертным (нерастворимым) анодом, например, графитовым или платиновым.

Электролиз водных растворов солей кислородсодержащих кислот

В водном растворе соли кислородсодержащей кислоты (например, $Na_2SO_4$, $KNO_3$, $CuSO_4$) к аноду (положительно заряженному электроду) притягиваются анионы кислотного остатка (например, $SO_4^{2-}$, $NO_3^{-}$) и молекулы воды ($H_2O$). Между ними возникает конкуренция за процесс окисления (отдачи электронов).

Анионы кислородсодержащих кислот, такие как сульфат-ион ($SO_4^{2-}$), нитрат-ион ($NO_3^{-}$), фосфат-ион ($PO_4^{3-}$), являются очень сильными окислителями и, соответственно, очень трудно окисляются сами. Их окислительный потенциал значительно выше, чем у воды.

Вследствие этого, на аноде окисляются не анионы кислотного остатка, а молекулы воды. Этот процесс описывается следующим полууравнением:

$2H_2o - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$

Таким образом, на аноде выделяется газообразный кислород. Одновременно с этим в прианодном пространстве накапливаются ионы водорода ($H^+$), что приводит к повышению кислотности раствора в этой области.

Ответ: При электролизе водных растворов солей кислородсодержащих кислот на аноде образуется кислород ($O_2$).

Электролиз расплавов солей кислородсодержащих кислот

В расплаве соли отсутствуют молекулы воды, поэтому единственными частицами, которые могут окисляться на аноде, являются анионы кислотного остатка.

При высоких температурах, необходимых для плавления солей, кислородсодержащие анионы при отдаче электронов на аноде подвергаются разложению. В результате этого процесса, как правило, образуются газообразный кислород и соответствующий оксид неметалла (кислотный оксид).

Рассмотрим конкретные примеры анодных процессов:

Электролиз расплава сульфата:

$2SO_4^{2-} - 4e^- \rightarrow 2SO_3 \uparrow + O_2 \uparrow$

Электролиз расплава нитрата:

$2NO_3^{-} - 2e^- \rightarrow 2NO_2 \uparrow + O_2 \uparrow$ (часто уравнение записывают как $4NO_3^{-} - 4e^- \rightarrow 4NO_2 \uparrow + 2O_2 \uparrow$, что некорректно, правильнее $4NO_3^{-} - 4e^- \rightarrow 4NO_2 \uparrow + O_2 \uparrow$ при разложении $N_2O_5$ или $2NO_3^{-} - 2e^- \rightarrow 2NO_2 \uparrow + O_2 \uparrow$ при разложении $N_2O_5$ до $NO_2$ и $O_2$ и $N_2O_4$) Корректное суммарное уравнение для нитрат-иона: $4NO_3^{-} - 4e^- \rightarrow 4NO_2 \uparrow + 2O_2 \uparrow$ является ошибкой, правильнее $2NO_3^{-} - 2e^{-} \rightarrow 2NO_2 \uparrow + O_2 \uparrow$ Принятая в химии запись: $4NO_3^{-} - 4e^- \rightarrow 4NO_2 \uparrow + O_2 \uparrow$ (здесь подразумевается, что из 4-х атомов кислорода образуется одна молекула $O_2$, а остальные остаются в $NO_2$). Давайте приведём более общепринятое уравнение: $2NO_3^{-} - 2e^- \rightarrow 2NO_2 \uparrow + O^{2-}$ (оксид-ион), который далее реагирует: $2O^{2-} - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow$. Суммарно: $4NO_3^{-} - 4e^- \rightarrow 4NO_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

Электролиз расплава карбоната:

$2CO_3^{2-} - 4e^- \rightarrow 2CO_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

Ответ: При электролизе расплавов солей кислородсодержащих кислот на аноде образуются кислород ($O_2$) и соответствующий оксид неметалла (например, $SO_3$, $NO_2$, $CO_2$).