Номер 6, страница 71 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 10. Окислительно-восстановительные реакции. Электролиз. Глава 2. Химические реакции - номер 6, страница 71.

Условие.

6. Что будет происходить, если в солёный огурец поместить две металлические проволоки и присоединить их к гальваническому элементу? Запишите уравнение реакции.

Решение.

Решение 2.

Если в солёный огурец, который представляет собой электролит (водный раствор хлорида натрия, $NaCl$), поместить две металлические проволоки и подключить их к источнику постоянного тока (гальваническому элементу), то мы получим простейшую модель электролизера. В этой системе будет протекать процесс электролиза — окислительно-восстановительная реакция, инициированная электрическим током.

Солёный огурец содержит воду ($H_2O$) и поваренную соль ($NaCl$), которая в воде диссоциирует на ионы: $Na^+$ и $Cl^-$. Также в незначительной степени диссоциирует и сама вода: $H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-$. Проволоки будут служить электродами:

• Проволока, подключенная к отрицательному полюсу источника тока, станет катодом. На нём будет происходить процесс восстановления.
• Проволока, подключенная к положительному полюсу источника тока, станет анодом. На нём будет происходить процесс окисления.

Рассмотрим процессы, происходящие на электродах, предполагая, что материал проволок инертен (не вступает в реакцию).

Процесс на катоде (–)

К катоду (отрицательно заряженному электроду) будут притягиваться положительно заряженные ионы — катионы $Na^+$ и $H^+$ (из воды), а также полярные молекулы воды. Из этих частиц восстанавливаться будет та, у которой электродный потенциал выше (т.е. которая легче принимает электроны). Сравним потенциалы восстановления:

• Восстановление ионов натрия: $Na^+ + e^- \rightarrow Na$ (Стандартный электродный потенциал $E^\circ = -2.71$ В)
• Восстановление воды: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$ (Электродный потенциал в нейтральной среде $E \approx -0.83$ В при pH=7)

Поскольку потенциал восстановления воды значительно выше (менее отрицателен), чем у ионов натрия, на катоде будет восстанавливаться вода с выделением газообразного водорода. В пространстве около катода будут накапливаться гидроксид-ионы ($OH^-$), создавая щелочную среду.

Полуреакция на катоде:

$K(-): 2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

Процесс на аноде (+)

К аноду (положительно заряженному электроду) будут притягиваться отрицательно заряженные ионы — анионы $Cl^-$ и $OH^-$ (из воды). Окисляться будет та частица, у которой электродный потенциал ниже (т.е. которая легче отдает электроны).

• Окисление хлорид-ионов: $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$ (Стандартный электродный потенциал $E^\circ = +1.36$ В)
• Окисление воды: $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$ (Стандартный электродный потенциал $E^\circ = +1.23$ В)

Несмотря на то, что стандартный потенциал окисления воды немного ниже, чем у хлорид-ионов, для выделения кислорода на большинстве материалов электродов требуется значительное перенапряжение. Поэтому в концентрированных растворах хлоридов (каким является рассол в огурце) на аноде преимущественно окисляются хлорид-ионы с выделением газообразного хлора.

Полуреакция на аноде:

$A(+): 2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Суммарное уравнение реакции и наблюдаемые явления

Сложив процессы на катоде и аноде, получим суммарное ионное уравнение электролиза:

$2H_2O + 2Cl^- \xrightarrow{электролиз} H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow + 2OH^-$

Ионы натрия ($Na^+$) не участвуют в окислительно-восстановительных процессах и остаются в растворе. Они соединяются с образовавшимися гидроксид-ионами, образуя гидроксид натрия ($NaOH$). Молекулярное уравнение реакции выглядит так:

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow + 2NaOH$

Таким образом, при пропускании тока через солёный огурец будут наблюдаться следующие явления:

• На катоде (отрицательной проволоке) будет происходить бурное выделение пузырьков бесцветного газа без запаха — водорода ($H_2$).
• На аноде (положительной проволоке) будет выделяться газ желто-зеленого цвета с резким, характерным запахом хлорки — хлор ($Cl_2$).
• Внутри огурца, в рассоле, будет образовываться щелочь — гидроксид натрия ($NaOH$).

Ответ: Если в солёный огурец поместить две металлические проволоки и присоединить их к гальваническому элементу, начнётся процесс электролиза водного раствора хлорида натрия, содержащегося в огурце. На катоде (отрицательном электроде) будет выделяться газообразный водород, а на аноде (положительном электроде) — газообразный хлор. В огурце также будет образовываться гидроксид натрия (щёлочь). Суммарное уравнение реакции: $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow + 2NaOH$.