Номер 3, страница 120 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 18. Электролиз растворов и расплавов. Глава 4. Химические реакции - номер 3, страница 120.

Условие.

3. Используя дополнительные источники информации, в том числе Интернет, подготовьте мультимедийную презентацию о применении электролиза.

Решение.

Решение 2.

1. Введение: что такое электролиз?

Электролиз — это физико-химический процесс, представляющий собой совокупность окислительно-восстановительных реакций, которые протекают на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. Электролит — это вещество, которое проводит электрический ток за счет движения ионов. В процессе электролиза положительно заряженные ионы (катионы) движутся к отрицательному электроду (катоду) и восстанавливаются (принимают электроны), а отрицательно заряженные ионы (анионы) движутся к положительному электроду (аноду) и окисляются (отдают электроны). Этот процесс лежит в основе многих важнейших промышленных технологий.

Ответ: Электролиз — это метод разложения веществ с помощью электрического тока, который находит широкое применение в различных отраслях промышленности.

2. Применение в металлургии: получение и очистка металлов

Электрометаллургия — одна из ключевых областей применения электролиза. Она делится на два основных направления:
Получение металлов: Электролиз расплавов солей или оксидов является единственным промышленным способом получения наиболее активных металлов, таких как алюминий, натрий, калий, магний. Например, алюминий получают электролизом раствора глинозема ($Al_2O_3$) в расплавленном криолите ($Na_3AlF_6$). На катоде происходит восстановление алюминия: $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$.
Рафинирование (очистка) металлов: Этот метод, называемый электрорафинированием, используется для получения металлов высокой чистоты (например, меди, никеля, серебра). Загрязненный металл служит анодом, который растворяется в процессе электролиза, а чистый металл осаждается на катоде. Например, при рафинировании меди на аноде происходит процесс $Cu - 2e^- \rightarrow Cu^{2+}$, а на катоде — $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$. Примеси либо остаются в растворе, либо выпадают в осадок (анодный шлам), который часто содержит ценные металлы, такие как золото и платина.

Ответ: В металлургии электролиз незаменим для промышленного производства активных металлов (алюминий, натрий) и для получения металлов высокой степени чистоты (медь, никель).

3. Применение в химической промышленности

Электролиз является основой для производства многих важных химических продуктов:
Производство хлора и щелочей: Электролиз водных растворов поваренной соли ($NaCl$) — основной способ получения хлора ($Cl_2$), гидроксида натрия ($NaOH$) и водорода ($H_2$). Эти вещества являются сырьем для множества других производств: от пластмасс (ПВХ) и отбеливателей до моющих средств и лекарств. Суммарное уравнение процесса: $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + Cl_2 \uparrow + H_2 \uparrow$.
Получение водорода и кислорода: Электролиз воды позволяет получать химически чистые водород и кислород. Этот метод приобретает особое значение в контексте развития водородной энергетики, так как позволяет производить «зеленый» водород, если для электролиза используется энергия из возобновляемых источников.
Синтез органических и неорганических соединений: Электролизом получают фтор, перманганат калия, перхлораты и многие другие вещества.

Ответ: В химической промышленности электролиз используется для крупнотоннажного производства важнейших продуктов, таких как хлор, гидроксид натрия и водород.

4. Гальванотехника: защитные и декоративные покрытия

Гальванотехника объединяет два процесса, основанных на электролизе: гальваностегию и гальванопластику.
Гальваностегия (electroplating): Это процесс нанесения тонкого металлического слоя на поверхность другого изделия. Цели могут быть разными: защита от коррозии (цинкование, кадмирование стальных изделий), декоративная отделка (золочение, серебрение, хромирование ювелирных изделий, фурнитуры) или повышение износостойкости (хромирование деталей машин). Изделие, на которое наносят покрытие, служит катодом в электролитической ванне.
Гальванопластика (electroforming): Это процесс получения точных металлических копий предметов. На поверхность исходной модели (матрицы) наносят проводящий слой, после чего на ней электролитически осаждают толстый слой металла. Полученную копию затем отделяют от матрицы. Этот метод используется для создания печатных форм, матриц для грампластинок и компакт-дисков, а также сложных по форме деталей.

Ответ: Гальванотехника с помощью электролиза позволяет наносить на изделия защитные и декоративные металлические покрытия, а также создавать точные металлические копии предметов.

5. Другие важные области применения

Применение электролиза не ограничивается перечисленными областями:
Очистка сточных вод: Методы электрокоагуляции и электрофлотации используют электролиз для удаления из воды взвешенных частиц, нефтепродуктов, ионов тяжелых металлов. Также электролизом можно получать в самой воде дезинфицирующие вещества (например, активный хлор) для ее обеззараживания.
Электрохимическая обработка материалов: Электрохимическая полировка и заточка позволяют обрабатывать поверхности металлических деталей с высокой точностью, не создавая механических напряжений в материале, что важно для ответственных деталей в авиационной и медицинской технике.
Медицина: Метод электрофореза используется для введения лекарственных веществ в организм через кожу под действием электрического тока.
Аналитическая химия: Электрогравиметрический анализ позволяет точно определять содержание металла в растворе по массе осадка, полученного на катоде в результате электролиза.

Ответ: Электролиз также применяется для очистки воды, точной обработки металлов, в медицине и химическом анализе, что демонстрирует его универсальность.