Номер 5, страница 75, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Напишите уравнения электролиза расплава и водного раствора хлорида никеля (II). Чем отличаются эти процессы?

Решение

Электролиз расплава хлорида никеля (II)

При электролизе расплава соли в процессе участвуют только ионы, образовавшиеся при ее диссоциации. Хлорид никеля(II) диссоциирует на ионы никеля и хлорид-ионы.

Уравнение диссоциации:

$NiCl_2 \rightarrow Ni^{2+} + 2Cl^-$

На катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления катионов никеля:

Катод (-): $Ni^{2+} + 2e^- \rightarrow Ni^0$

На аноде (положительно заряженном электроде) происходит процесс окисления хлорид-анионов:

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

Суммарное уравнение электролиза расплава хлорида никеля(II):

$NiCl_2 \xrightarrow{электролиз} Ni + Cl_2 \uparrow$

Ответ: В результате электролиза расплава $NiCl_2$ на катоде выделяется металлический никель, а на аноде — газообразный хлор.

Электролиз водного раствора хлорида никеля (II)

При электролизе водного раствора, помимо ионов соли, в процессах на электродах могут участвовать молекулы воды.

В растворе присутствуют следующие частицы: катионы $Ni^{2+}$, анионы $Cl^-$ и молекулы $H_2O$.

На катоде (-) за восстановление конкурируют катионы никеля и молекулы воды:

1. $Ni^{2+} + 2e^- \rightarrow Ni^0$

2. $2H_2o + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-$

Никель — металл средней активности, стоящий в ряду напряжений металлов до водорода, но после марганца. Для таких металлов на катоде происходит восстановление их катионов (часто параллельно с выделением водорода, но в данном случае основной процесс — выделение металла).

Процесс на катоде (-): $Ni^{2+} + 2e^- \rightarrow Ni^0$

На аноде (+) за окисление конкурируют хлорид-ионы и молекулы воды:

1. $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$

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

При электролизе растворов галогенидов (кроме фторидов) на аноде происходит окисление галогенид-ионов, так как, несмотря на более низкий стандартный потенциал окисления воды, на практике (особенно на графитовом аноде) существует перенапряжение выделения кислорода. Поэтому окисляются хлорид-ионы.

Процесс на аноде (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$

Суммарное ионное уравнение:

$Ni^{2+} + 2Cl^- \xrightarrow{электролиз} Ni + Cl_2 \uparrow$

Суммарное молекулярное уравнение электролиза водного раствора хлорида никеля(II):

$NiCl_2 \xrightarrow{электролиз} Ni + Cl_2 \uparrow$

Ответ: В результате электролиза водного раствора $NiCl_2$ на катоде выделяется металлический никель, а на аноде — газообразный хлор.

Чем отличаются эти процессы?

Несмотря на то, что в данном конкретном случае продукты электролиза расплава и водного раствора хлорида никеля (II) одинаковы, сами процессы имеют существенные отличия:

1. Условия проведения. Электролиз расплава требует очень высокой температуры для перевода соли в жидкое состояние (температура плавления $NiCl_2$ составляет 1009o C). Электролиз водного раствора проводится при комнатной или близкой к ней температуре.

2. Состав электролита. В расплаве присутствуют только ионы соли ($Ni^{2+}$ и $Cl^-$). В водном растворе, помимо ионов соли, присутствуют молекулы воды, которые являются активными участниками электрохимических процессов и конкурируют с ионами соли за разряд на электродах. В данном случае вода не разряжается, но для многих других солей (например, $NaCl$ или $CuSO_4$) ее участие приводит к образованию совершенно других продуктов по сравнению с электролизом расплава.

3. Конкуренция на электродах. В расплаве нет конкуренции – на катоде восстанавливаются только катионы металла, на аноде окисляются только анионы соли. В водном растворе всегда существует конкуренция между ионами соли и молекулами воды. Продукты определяются сравнением их электрохимических потенциалов (с учетом перенапряжения).

Ответ: Основное отличие заключается в наличии воды в качестве растворителя и потенциального реагента в водном растворе, что создает конкуренцию на электродах и кардинально меняет условия проведения процесса (температуру). В случае $NiCl_2$ продукты совпадают, но это является частным случаем, а не общим правилом.