Номер 9, страница 229 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 31. Электролиз - номер 9, страница 229.

Условие.

9. Хлорат калия получают электролизом горячего водного раствора хлорида калия. При этом выделяющийся на аноде газ не удаляют, а растворяют в электролите. Напишите уравнения катодного и анодного процессов, суммарное уравнение электролиза водного раствора хлорида калия и уравнение реакции получения хлората калия.

Решение.

Решение 2.

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

Уравнения катодного и анодного процессов
На катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления. Конкурирующие частицы — катионы калия $K^+$ и молекулы воды $H_2O$. Так как калий является очень активным металлом (стоит в ряду напряжений левее алюминия), то вместо него восстанавливаются молекулы воды с образованием газообразного водорода и гидроксид-ионов:
Катод (K⁻): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$
На аноде (положительно заряженном электроде) происходит процесс окисления. Конкурирующие частицы — хлорид-ионы $Cl^-$ и молекулы воды $H_2O$. Несмотря на то, что стандартный окислительный потенциал воды ниже, чем у хлорид-ионов, на практике из-за высокого перенапряжения выделения кислорода на большинстве материалов анода (например, графите) происходит окисление хлорид-ионов с образованием газообразного хлора:
Анод (A⁺): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$
Ответ: Уравнение катодного процесса: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$. Уравнение анодного процесса: $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$.

Суммарное уравнение электролиза водного раствора хлорида калия
Для получения суммарного ионного уравнения сложим уравнения катодного и анодного процессов, сократив электроны:
$2H_2O + 2Cl^- \xrightarrow{электролиз} H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow + 2OH^-$
Добавив в обе части уравнения ионы-наблюдатели $2K^+$, получим молекулярное уравнение. В левой части ионы $2K^+$ и $2Cl^-$ образуют $2KCl$, в правой части ионы $2K^+$ и $2OH^-$ образуют $2KOH$ (гидроксид калия), который накапливается в прикатодном пространстве.
Ответ: $2KCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2KOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$.

Уравнение реакции получения хлората калия
Согласно условию задачи, выделяющийся на аноде хлор $Cl_2$ не удаляют, а он растворяется в горячем электролите. Электролит содержит гидроксид калия $KOH$, образовавшийся на катоде. Хлор вступает в реакцию диспропорционирования с горячим раствором щелочи, в результате чего образуется хлорат калия $KClO_3$, хлорид калия $KCl$ и вода.
Ответ: $3Cl_2 + 6KOH \xrightarrow{t^\circ} KClO_3 + 5KCl + 3H_2O$.