Номер 2, страница 120 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 18. Электролиз растворов и расплавов. Глава 4. Химические реакции - номер 2, страница 120.

Условие.

2. Составьте уравнения электролиза растворов: хлорида ртути(II), нитрата серебра, карбоната натрия. Какие продукты образуются на катоде и на аноде?

Решение.

Решение 2.

Решение

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. Рассмотрим электролиз водных растворов солей с инертными (неактивными) электродами.

Хлорид ртути(II)

Хлорид ртути(II) ($HgCl_2$) диссоциирует в водном растворе на ионы:

$HgCl_2 \rightleftharpoons Hg^{2+} + 2Cl^-$

В растворе также присутствуют молекулы воды и ионы, образующиеся при ее диссоциации ($H^+$ и $OH^-$).

На катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления. К катоду движутся катионы $Hg^{2+}$ и $H^+$, а также присутствуют молекулы $H_2O$. Ртуть — металл, стоящий в ряду активности после водорода, поэтому на катоде восстанавливаются ионы ртути:

Катод (-): $Hg^{2+} + 2e^- \rightarrow Hg^0$

На аноде (положительно заряженном электроде) происходит процесс окисления. К аноду движутся анионы $Cl^-$ и $OH^-$, а также присутствуют молекулы $H_2O$. Хлорид-ионы $Cl^-$ окисляются легче, чем гидроксид-ионы или вода, так как анион бескислородной кислоты (кроме $F^-$).

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0 \uparrow$

Суммарное ионное уравнение электролиза:

$Hg^{2+} + 2Cl^- \xrightarrow{электролиз} Hg^0 + Cl_2^0 \uparrow$

Суммарное молекулярное уравнение:

$HgCl_2 \xrightarrow{электролиз} Hg + Cl_2 \uparrow$

Ответ: на катоде образуется металлическая ртуть ($Hg$), на аноде — газообразный хлор ($Cl_2$).

Нитрат серебра

Нитрат серебра ($AgNO_3$) — сильный электролит, в водном растворе диссоциирует:

$AgNO_3 \rightarrow Ag^+ + NO_3^-$

На катоде (-): к нему притягиваются катионы $Ag^+$ и $H^+$. Серебро — металл, стоящий в ряду активности после водорода, поэтому восстанавливаются ионы серебра:

Катод (-): $Ag^+ + 1e^- \rightarrow Ag^0$

На аноде (+): к нему притягиваются анионы $NO_3^-$ и $OH^-$. Нитрат-ион $NO_3^-$ — анион кислородсодержащей кислоты, поэтому он не окисляется. Вместо него окисляются молекулы воды:

Анод (+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2^0 \uparrow + 4H^+$

Чтобы составить суммарное уравнение, уравняем число электронов. Процесс на катоде умножим на 4:

$4Ag^+ + 4e^- \rightarrow 4Ag^0$

Суммарное ионное уравнение:

$4Ag^+ + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 4Ag^0 + O_2^0 \uparrow + 4H^+$

Образующиеся ионы водорода $H^+$ и оставшиеся в растворе нитрат-ионы $NO_3^-$ образуют азотную кислоту $HNO_3$. Суммарное молекулярное уравнение:

$4AgNO_3 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 4Ag \downarrow + O_2 \uparrow + 4HNO_3$

Ответ: на катоде образуется металлическое серебро ($Ag$), на аноде — газообразный кислород ($O_2$).

Карбонат натрия

Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) диссоциирует в водном растворе:

$Na_2CO_3 \rightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-}$

На катоде (-): к нему движутся катионы $Na^+$ и $H^+$. Натрий — активный металл (стоит в начале ряда активности), поэтому ионы $Na^+$ не восстанавливаются. Вместо них восстанавливаются молекулы воды:

Катод (-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2^0 \uparrow + 2OH^-$

На аноде (+): к нему движутся анионы $CO_3^{2-}$ и $OH^-$. Карбонат-ион $CO_3^{2-}$ — анион кислородсодержащей кислоты, поэтому он не окисляется. Вместо него окисляются молекулы воды:

Анод (+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2^0 \uparrow + 4H^+$

Как видно из уравнений, при электролизе раствора карбоната натрия расходуется только вода. Сам карбонат натрия остается в растворе и лишь увеличивает его электропроводность. По сути, происходит электролиз воды. Умножим уравнение для катода на 2, чтобы уравнять электроны:

$4H_2O + 4e^- \rightarrow 2H_2^0 \uparrow + 4OH^-$

Суммарное уравнение процесса электролиза воды:

$2H_2O \xrightarrow{электролиз, Na_2CO_3} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

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