Номер 1, страница 120 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 18. Электролиз растворов и расплавов. Глава 4. Химические реакции - номер 1, страница 120.

Условие.

1. Определите, какие продукты образуются на катоде и на аноде в случае электролиза водного раствора:

а) нитрата меди(II);

б) бромида натрия;

в) сульфата магния;

г) иодида калия.

Решение.

Решение 2.

Для определения продуктов электролиза водных растворов солей необходимо рассмотреть процессы, протекающие на катоде (отрицательный электрод) и аноде (положительный электрод), с учетом конкуренции ионов соли и молекул воды.

а) нитрата меди(II);

Решение

В водном растворе нитрат меди(II) диссоциирует на ионы: $Cu(NO_3)_2 \leftrightarrow Cu^{2+} + 2NO_3^-$. В процессе электролиза участвуют также молекулы воды.

На катоде (–) происходит процесс восстановления. Конкурируют катионы меди $Cu^{2+}$ и молекулы воды $H_2O$. Медь стоит в ряду активности металлов после водорода, поэтому восстанавливаться будут ионы меди:

K(–): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$

На аноде (+) происходит процесс окисления. Конкурируют нитрат-ионы $NO_3^-$ и молекулы воды $H_2O$. Нитрат-ион является кислородсодержащим анионом, поэтому он не окисляется. Вместо него окисляются молекулы воды:

A(+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$

Таким образом, на катоде выделяется металлическая медь, а на аноде – газообразный кислород. В растворе накапливаются ионы $H^+$ и $NO_3^-$, образуя азотную кислоту.

Суммарное уравнение электролиза:

$2Cu(NO_3)_2 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2Cu \downarrow + O_2 \uparrow + 4HNO_3$

Ответ: на катоде образуется медь ($Cu$), на аноде – кислород ($O_2$).

б) бромида натрия;

Решение

В водном растворе бромид натрия диссоциирует на ионы: $NaBr \leftrightarrow Na^+ + Br^-$. В процессе электролиза участвуют также молекулы воды.

На катоде (–) происходит процесс восстановления. Конкурируют катионы натрия $Na^+$ и молекулы воды $H_2O$. Натрий – активный металл (стоит в ряду активности до алюминия), поэтому вместо его ионов восстанавливаются молекулы воды:

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

На аноде (+) происходит процесс окисления. Конкурируют бромид-ионы $Br^-$ и молекулы воды $H_2O$. Бромид-ион является анионом бескислородной кислоты (кроме $F^-$), поэтому окисляется он:

A(+): $2Br^- - 2e^- \rightarrow Br_2$

Таким образом, на катоде выделяется водород, а на аноде – бром. В растворе накапливаются ионы $Na^+$ и $OH^-$, образуя гидроксид натрия.

Суммарное уравнение электролиза:

$2NaBr + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} H_2 \uparrow + Br_2 + 2NaOH$

Ответ: на катоде образуется водород ($H_2$), на аноде – бром ($Br_2$).

в) сульфата магния;

Решение

В водном растворе сульфат магния диссоциирует на ионы: $MgSO_4 \leftrightarrow Mg^{2+} + SO_4^{2-}$. В процессе электролиза участвуют также молекулы воды.

На катоде (–) происходит процесс восстановления. Конкурируют катионы магния $Mg^{2+}$ и молекулы воды $H_2O$. Магний – активный металл, поэтому восстанавливаются молекулы воды:

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

На аноде (+) происходит процесс окисления. Конкурируют сульфат-ионы $SO_4^{2-}$ и молекулы воды $H_2O$. Сульфат-ион является кислородсодержащим анионом, поэтому он не окисляется. Вместо него окисляются молекулы воды:

A(+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$

В данном случае и катион, и анион соли не участвуют в электродных процессах. Происходит электролиз воды, а сульфат магния лишь увеличивает электропроводность раствора. Образующиеся ионы $H^+$ и $OH^-$ могут рекомбинировать в воду.

Суммарное уравнение электролиза (электролиз воды):

$2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

Ответ: на катоде образуется водород ($H_2$), на аноде – кислород ($O_2$).

г) иодида калия.

Решение

В водном растворе иодид калия диссоциирует на ионы: $KI \leftrightarrow K^+ + I^-$. В процессе электролиза участвуют также молекулы воды.

На катоде (–) происходит процесс восстановления. Конкурируют катионы калия $K^+$ и молекулы воды $H_2O$. Калий – очень активный металл, поэтому восстанавливаются молекулы воды:

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

На аноде (+) происходит процесс окисления. Конкурируют иодид-ионы $I^-$ и молекулы воды $H_2O$. Иодид-ион является анионом бескислородной кислоты, поэтому окисляется он:

A(+): $2I^- - 2e^- \rightarrow I_2$

Таким образом, на катоде выделяется водород, а на аноде – иод. В растворе накапливаются ионы $K^+$ и $OH^-$, образуя гидроксид калия.

Суммарное уравнение электролиза:

$2KI + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} H_2 \uparrow + I_2 \downarrow + 2KOH$

Ответ: на катоде образуется водород ($H_2$), на аноде – иод ($I_2$).