Номер 9, страница 151 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 32. Магний и его соединения. Глава 3. Металлы главных подгрупп - номер 9, страница 151.

Условие.

9. Можно ли получить магний электролизом водного раствора хлорида магния? Почему? Напишите уравнение реакции.

Решение.

Решение 2.

Решение

Нет, получить металлический магний электролизом водного раствора хлорида магния ($MgCl_2$) невозможно.

Почему?

Причина заключается в том, что в водном растворе, помимо ионов магния ($Mg^{2+}$) и хлорид-ионов ($Cl^{-}$), присутствуют также молекулы воды ($H_2O$). В процессе электролиза на катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления, и за возможность принять электроны конкурируют катионы магния и молекулы воды.

Для определения того, какое вещество будет восстанавливаться, необходимо сравнить их стандартные электродные потенциалы:
Восстановление магния: $Mg^{2+} + 2e^- \rightarrow Mg^0$, со стандартным потенциалом $E^0 = -2.37 \text{ В}$.
Восстановление воды: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$, со стандартным потенциалом $E^0 = -0.83 \text{ В}$ (при pH=7).

Поскольку потенциал восстановления воды ($-0.83 \text{ В}$) значительно больше (менее отрицателен), чем потенциал восстановления магния ($-2.37 \text{ В}$), на катоде преимущественно будет восстанавливаться вода с выделением газообразного водорода. Магний — слишком активный металл, чтобы его можно было выделить из водного раствора солей методом электролиза. Для получения металлического магния применяют электролиз расплава его безводных солей, например, хлорида магния.

Напишите уравнение реакции.

При электролизе водного раствора хлорида магния протекают следующие процессы, а не восстановление магния:

Диссоциация соли в воде:
$MgCl_2 \rightarrow Mg^{2+} + 2Cl^-$

Процессы на электродах:
Катод (-): Восстанавливаются молекулы воды, так как это энергетически выгоднее.
$2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

Анод (+): Окисляются хлорид-ионы.
$2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Ионы магния $Mg^{2+}$ не восстанавливаются на катоде, но они вступают в реакцию с гидроксид-ионами $OH^-$, которые образуются в прикатодной области, формируя нерастворимый осадок гидроксида магния:
$Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow$

Суммарное молекулярное уравнение, описывающее весь процесс:
$MgCl_2 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} Mg(OH)_2 \downarrow + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

Ответ: получить магний электролизом водного раствора хлорида магния нельзя. Это связано с тем, что магний является активным металлом, и его потенциал восстановления ($E^0(Mg^{2+}/Mg) = -2.37 \text{ В}$) значительно ниже потенциала восстановления воды ($E^0(H_2O/H_2) \approx -0.83 \text{ В}$). Поэтому на катоде будет происходить восстановление воды с выделением водорода. Уравнение суммарной реакции, протекающей при электролизе: $MgCl_2 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} Mg(OH)_2 \downarrow + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$.