Номер 11, страница 25 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 4. Кислородные соединения хлора. Глава 1. Неметаллы - номер 11, страница 25.

Условие.

11. Определите, что будет происходить при электролизе горячего раствора $ \text{KCl} $ в отсутствие диафрагмы. Напишите уравнение реакции.

Решение 2.

Решение

При электролизе водного раствора хлорида калия ($KCl$) в растворе присутствуют ионы $K^+$, $Cl^-$ и молекулы воды $H_2O$.

1. Процессы на электродах:

• На катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления. Конкурируют катионы калия $K^+$ и молекулы воды $H_2O$. Так как калий является очень активным металлом (стоит в ряду напряжений левее водорода), восстанавливаться будут молекулы воды:
  Катод (-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$
• На аноде (положительно заряженном электроде) происходит процесс окисления. Конкурируют анионы хлора $Cl^-$ и молекулы воды $H_2O$. Несмотря на то что стандартный потенциал окисления воды ниже, из-за перенапряжения выделения кислорода на аноде, в первую очередь окисляются хлорид-ионы:
  Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Таким образом, первичными продуктами электролиза являются газообразный водород ($H_2$), газообразный хлор ($Cl_2$) и гидроксид калия ($KOH$), который образуется в прикатодном пространстве из ионов $K^+$ и $OH^-$. Суммарное уравнение этого этапа:

$2KCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2KOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

2. Взаимодействие продуктов в отсутствие диафрагмы:

Поскольку электролиз проводится без диафрагмы, продукты, образующиеся на аноде ($Cl_2$) и в катодном пространстве ($KOH$), смешиваются и вступают в химическую реакцию. Реакция хлора со щелочью является реакцией диспропорционирования. Характер продуктов этой реакции зависит от температуры.

Так как по условию задачи раствор горячий, реакция протекает с образованием хлорида калия ($KCl$) и хлората калия ($KClO_3$):

$3Cl_2 + 6KOH \xrightarrow{t^\circ} 5KCl + KClO_3 + 3H_2O$

3. Итоговое уравнение процесса:

Чтобы получить суммарное уравнение всего процесса, сложим уравнение электролиза, умноженное на 3, и уравнение взаимодействия продуктов:

1) $6KCl + 6H_2O \rightarrow 6KOH + 3H_2 + 3Cl_2$

2) $3Cl_2 + 6KOH \rightarrow 5KCl + KClO_3 + 3H_2O$

Суммируя и сокращая промежуточные вещества ($6KOH$ и $3Cl_2$), а также одинаковые вещества в левой и правой частях ($5KCl$ и $3H_2O$), получаем итоговое уравнение:

$KCl + 3H_2O \xrightarrow{электролиз, t^\circ} KClO_3 + 3H_2 \uparrow$

Ответ: При электролизе горячего водного раствора хлорида калия без диафрагмы на катоде выделяется водород, а на аноде — хлор. Образующийся хлор немедленно реагирует с гидроксидом калия, который накапливается в растворе. Из-за высокой температуры в результате этой реакции образуется хлорат калия ($KClO_3$). Итоговое уравнение реакции: $KCl + 3H_2O \xrightarrow{электролиз, t^\circ} KClO_3 + 3H_2 \uparrow$.