Номер 1, страница 228 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 31. Электролиз - номер 1, страница 228.

Условие.

1. Сравните электролиз растворов и расплавов соединений. Приведите примеры. Запишите схемы для каждого случая.

Решение.

Решение 2.

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. Ключевое различие между электролизом расплавов и растворов заключается в наличии или отсутствии растворителя (воды), который может конкурировать с ионами электролита за участие в электродных процессах.

Электролиз расплавов

В расплаве ионного соединения присутствуют только катионы и анионы этого соединения. Поэтому на катоде восстанавливаются только катионы металла, а на аноде окисляются только анионы кислотного остатка.

Пример: электролиз расплава хлорида натрия (NaCl).

В расплаве $NaCl$ диссоциирует на ионы:

$NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-$

На электродах протекают следующие процессы:

• На катоде (отрицательный электрод) происходит восстановление катионов натрия:
  Катод (-): $Na^+ + 1e^- \rightarrow Na^0$
• На аноде (положительный электрод) происходит окисление анионов хлора:
  Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0 \uparrow$

Суммарная схема процесса:

$2NaCl \xrightarrow{электролиз} 2Na + Cl_2 \uparrow$

Ответ: При электролизе расплава хлорида натрия на катоде образуется металлический натрий, а на аноде выделяется газообразный хлор.

Электролиз растворов

В водном растворе, кроме ионов электролита, присутствуют молекулы воды, которые также могут участвовать в окислительно-восстановительных процессах на электродах. Возникает конкуренция между ионами и водой.

Правила для катода:

• Если катион — активный металл (до $\text{Al}$ в ряду активности включительно), восстанавливается вода: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$.
• Если катион — металл средней активности (от $\text{Mn}$ до $\text{H}$), восстанавливаются и катионы металла, и вода.
• Если катион — неактивный металл (после $\text{H}$), восстанавливается только катион металла: $Me^{n+} + ne^- \rightarrow Me^0$.

Правила для анода:

• Если анион бескислородный (кроме $F^-$), окисляется анион: $2Hal^- - 2e^- \rightarrow Hal_2$.
• Если анион кислородсодержащий ($SO_4^{2-}, NO_3^-, PO_4^{3-}$ и др.) или фторид-ион ($F^-$), окисляется вода: $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$.

Пример: электролиз водного раствора хлорида натрия (NaCl).

В растворе присутствуют ионы $Na^+$, $Cl^-$ и молекулы $H_2O$.

• На катоде (-): Конкурируют $Na^+$ и $H_2O$. Натрий — активный металл, поэтому восстанавливается вода:
  Катод (-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$
• На аноде (+): Конкурируют $Cl^-$ и $H_2O$. Анион $Cl^-$ бескислородный, поэтому окисляется он:
  Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0 \uparrow$

Ионы $Na^+$ и образовавшиеся ионы $OH^-$ остаются в растворе, образуя гидроксид натрия ($NaOH$).

Суммарная схема процесса:

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

Ответ: При электролизе водного раствора хлорида натрия на катоде выделяется водород, на аноде — хлор, а в приэлектродном пространстве у катода накапливается гидроксид натрия.