Номер 6, страница 84 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Примените свои знания. Параграф 15. Электролиз расплавов и растворов. Практическое применение электролиза. Глава II. Химические реакции - номер 6, страница 84.

Условие.

6. Назовите продукты электролиза раствора и расплава хлорида цинка; раствора нитрата цинка.

Решение.

Решение 2.

Электролиз раствора хлорида цинка

При электролизе водного раствора, кроме ионов соли ($Zn^{2+}$ и $Cl^-$), в процессе могут участвовать и молекулы воды ($H_2O$).
На катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления. Здесь конкурируют катионы цинка ($Zn^{2+}$) и молекулы воды. Цинк — металл средней активности. Несмотря на то что стандартный потенциал восстановления воды выше, из-за эффекта перенапряжения выделения водорода на цинковой поверхности преимущественно восстанавливаются ионы цинка:
Катод (-): $Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn^0$
На аноде (положительно заряженном электроде) происходит процесс окисления. Конкурируют хлорид-ионы ($Cl^-$) и молекулы воды. При электролизе растворов галогенидов (кроме фторидов) на инертном аноде окисляются именно галогенид-ионы:
Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$
Суммарное уравнение реакции:
$ZnCl_2(р-р) \xrightarrow{электролиз} Zn \downarrow + Cl_2 \uparrow$

Ответ: на катоде выделяется металлический цинк ($Zn$), на аноде — газообразный хлор ($Cl_2$).

Электролиз расплава хлорида цинка

При электролизе расплава соли в процессе участвуют только ионы самой соли, так как вода отсутствует. Хлорид цинка ($ZnCl_2$) при плавлении диссоциирует на катионы цинка ($Zn^{2+}$) и хлорид-анионы ($Cl^-$).
На катоде (-) происходит восстановление. Катионы цинка, как единственные положительные ионы, движутся к катоду, принимают электроны и восстанавливаются до металлического цинка:
Катод (-): $Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn^0$
На аноде (+) происходит окисление. Хлорид-ионы, как единственные отрицательные ионы, движутся к аноду, отдают электроны и окисляются до газообразного хлора:
Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$
Суммарное уравнение реакции электролиза расплава хлорида цинка:
$ZnCl_2(расплав) \xrightarrow{электролиз} Zn + Cl_2 \uparrow$

Ответ: на катоде выделяется металлический цинк ($Zn$), на аноде — газообразный хлор ($Cl_2$).

Электролиз раствора нитрата цинка

В водном растворе нитрата цинка ($Zn(NO_3)_2$) присутствуют ионы $Zn^{2+}$, $NO_3^-$ и молекулы воды $H_2O$.
На катоде (-), как и в случае с раствором хлорида цинка, происходит восстановление ионов цинка:
Катод (-): $Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn^0$
На аноде (+) конкурируют за окисление нитрат-ионы ($NO_3^-$) и молекулы воды. Нитрат-ион — это анион кислородсодержащей кислоты, в котором атом центрального элемента (азот) находится в высшей степени окисления (+5). Такие анионы в водных растворах не окисляются. Вместо них окисляются молекулы воды:
Анод (+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$
В прианодном пространстве накапливаются ионы водорода ($H^+$), которые вместе с присутствующими в растворе нитрат-ионами ($NO_3^-$) образуют азотную кислоту ($HNO_3$).
Суммарное молекулярное уравнение (с учетом баланса электронов):
$2Zn(NO_3)_2 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2Zn \downarrow + O_2 \uparrow + 4HNO_3$

Ответ: на катоде выделяется металлический цинк ($Zn$), на аноде — газообразный кислород ($O_2$), а в растворе образуется азотная кислота ($HNO_3$).