Номер 1, страница 118 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 25. Электролиз. Глава V. Электрохимические реакции - номер 1, страница 118.

Условие.

1. Составьте схемы электролиза (с использованием угольных электродов) расплавов и растворов следующих солей: $KCl$, $CuSO_4$, $KI$.

Решение.

Решение 2.

KCl

Решение:

а) Электролиз расплава KCl (с угольными электродами)

В расплаве хлорид калия диссоциирует на ионы: $KCl \leftrightarrow K^+ + Cl^-$.

На катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления катионов калия:
K(–): $K^+ + 1e^- \rightarrow K^0$

На аноде (положительно заряженном электроде) происходит процесс окисления хлорид-ионов:
A(+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$

Чтобы уравнять число отданных и принятых электронов, умножим катодный процесс на 2.
Суммарное уравнение электролиза расплава KCl:
$2KCl \xrightarrow{электролиз} 2K + Cl_2 \uparrow$

б) Электролиз водного раствора KCl (с угольными электродами)

В водном растворе помимо ионов соли ($K^+$ и $Cl^-$) присутствуют молекулы воды ($H_2O$), которые могут участвовать в электродных процессах.

На катоде (–) конкурируют за восстановление катионы $K^+$ и молекулы $H_2O$. Так как калий является очень активным металлом (стоит в ряду стандартных электродных потенциалов до алюминия), восстанавливаться будут молекулы воды:
K(–): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

На аноде (+) конкурируют за окисление анионы $Cl^-$ и молекулы $H_2O$. Так как анион $Cl^-$ является анионом бескислородной кислоты, окисляться будет именно он:
A(+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Суммарное ионное уравнение: $2Cl^- + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} Cl_2 \uparrow + H_2 \uparrow + 2OH^-$.
Ионы $K^+$ остаются в растворе и связываются с образующимися гидроксид-ионами, образуя гидроксид калия.
Суммарное молекулярное уравнение электролиза раствора KCl:
$2KCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2KOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

Ответ: Схема электролиза расплава: $2KCl \xrightarrow{электролиз} 2K + Cl_2 \uparrow$. На катоде образуется металлический калий, на аноде — газообразный хлор. Схема электролиза раствора: $2KCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2KOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$. На катоде выделяется водород, на аноде — хлор, а в растворе накапливается гидроксид калия.

CuSO₄

Решение:

а) Электролиз расплава CuSO₄ (с угольными электродами)

В расплаве сульфат меди(II) диссоциирует на ионы: $CuSO_4 \leftrightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-}$.

На катоде (–) происходит восстановление катионов меди:
K(–): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$

На аноде (+) происходит окисление сульфат-ионов:
A(+): $2SO_4^{2-} - 4e^- \rightarrow 2SO_3 \uparrow + O_2 \uparrow$

Суммарное уравнение электролиза расплава CuSO₄ (с учетом коэффициентов для баланса электронов):
$2CuSO_4 \xrightarrow{электролиз} 2Cu + 2SO_3 \uparrow + O_2 \uparrow$

б) Электролиз водного раствора CuSO₄ (с угольными электродами)

В водном растворе присутствуют ионы $Cu^{2+}$, $SO_4^{2-}$ и молекулы $H_2O$.

На катоде (–) конкурируют $Cu^{2+}$ и $H_2O$. Медь — металл, стоящий в ряду напряжений после водорода, поэтому восстанавливаться будут ионы меди:
K(–): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0 \downarrow$

На аноде (+) конкурируют $SO_4^{2-}$ и $H_2O$. Сульфат-ион является анионом кислородсодержащей кислоты, поэтому он не окисляется в водном растворе. Вместо него окисляются молекулы воды:
A(+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$

Суммарное ионное уравнение, учитывая баланс электронов (катодный процесс умножаем на 2): $2Cu^{2+} + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2Cu \downarrow + O_2 \uparrow + 4H^+$.
Оставшиеся в растворе сульфат-ионы $SO_4^{2-}$ и образовавшиеся ионы водорода $H^+$ образуют серную кислоту.
Суммарное молекулярное уравнение электролиза раствора CuSO₄:
$2CuSO_4 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2Cu \downarrow + O_2 \uparrow + 2H_2SO_4$

Ответ: Схема электролиза расплава: $2CuSO_4 \xrightarrow{электролиз} 2Cu + 2SO_3 \uparrow + O_2 \uparrow$. На катоде выделяется медь, на аноде — оксид серы(VI) и кислород. Схема электролиза раствора: $2CuSO_4 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2Cu \downarrow + O_2 \uparrow + 2H_2SO_4$. На катоде осаждается медь, на аноде выделяется кислород, в растворе образуется серная кислота.

KI

Решение:

а) Электролиз расплава KI (с угольными электродами)

В расплаве иодид калия диссоциирует на ионы: $KI \leftrightarrow K^+ + I^-$.

На катоде (–) происходит восстановление катионов калия:
K(–): $K^+ + 1e^- \rightarrow K^0$

На аноде (+) происходит окисление иодид-ионов:
A(+): $2I^- - 2e^- \rightarrow I_2^0$

Суммарное уравнение электролиза расплава KI (с учетом баланса электронов):
$2KI \xrightarrow{электролиз} 2K + I_2$

б) Электролиз водного раствора KI (с угольными электродами)

В водном растворе присутствуют ионы $K^+$, $I^-$ и молекулы $H_2O$.

На катоде (–) конкурируют $K^+$ и $H_2O$. Так как калий — активный металл, восстанавливаться будут молекулы воды:
K(–): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

На аноде (+) конкурируют $I^-$ и $H_2O$. Иодид-ион — анион бескислородной кислоты, поэтому окисляется он:
A(+): $2I^- - 2e^- \rightarrow I_2$

Суммарное ионное уравнение: $2I^- + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} I_2 + H_2 \uparrow + 2OH^-$.
Ионы калия $K^+$ в растворе соединяются с гидроксид-ионами $OH^-$.
Суммарное молекулярное уравнение электролиза раствора KI:
$2KI + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2KOH + H_2 \uparrow + I_2$

Ответ: Схема электролиза расплава: $2KI \xrightarrow{электролиз} 2K + I_2$. На катоде образуется металлический калий, на аноде — иод. Схема электролиза раствора: $2KI + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2KOH + H_2 \uparrow + I_2$. На катоде выделяется водород, на аноде — иод, в растворе образуется гидроксид калия.