Номер 2, страница 118 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 25. Электролиз. Глава V. Электрохимические реакции - номер 2, страница 118.

Условие.

2. Объясните, почему металлический калий нельзя получить на угольных электродах электролизом водного раствора хлорида калия, но можно получить электролизом расплава этой соли.

Решение.

Решение 2.

Решение

Различие в продуктах электролиза объясняется наличием воды в первом случае и её отсутствием во втором. Рассмотрим оба процесса подробнее.

Электролиз водного раствора хлорида калия (KCl)

В водном растворе, помимо ионов соли, образующихся при диссоциации ($KCl \rightarrow K^+ + Cl^-$), присутствуют молекулы воды ($H_2O$). На электродах возникают конкурирующие процессы.

На катоде (отрицательном электроде) за право восстановиться (принять электроны) конкурируют катионы калия $K^+$ и молекулы воды $H_2O$. Чтобы определить, какой процесс будет протекать, необходимо сравнить их стандартные электродные потенциалы:

• Восстановление калия: $K^+ + e^- \rightarrow K$, $E^0 = -2.93 \text{ В}$
• Восстановление воды (в нейтральной среде): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$, $E^0 = -0.83 \text{ В}$ (при pH=7)

Процесс восстановления протекает с тем веществом, у которого электродный потенциал выше (менее отрицательный). Потенциал восстановления воды значительно выше, чем у ионов калия. Поэтому на катоде восстанавливается вода, а не калий. В результате выделяется газообразный водород, а металлический калий не образуется. Это общая закономерность для всех активных металлов (щелочных, щелочноземельных, алюминия).

На аноде (положительном электроде) на угольных электродах происходит окисление хлорид-ионов: $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$.

Электролиз расплава хлорида калия (KCl)

В расплаве хлорида калия молекулы воды отсутствуют. Электролит состоит только из ионов $K^+$ и $Cl^-$.

На катоде нет конкуренции. Единственные частицы, способные принять электроны — это катионы калия $K^+$. Они восстанавливаются, образуя металлический калий:

$K^+ + e^- \rightarrow K$

На аноде происходит окисление хлорид-ионов:

$2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Таким образом, именно отсутствие воды в расплаве позволяет получить металлический калий на катоде. Этот метод является промышленным способом получения активных металлов.

Ответ: Металлический калий нельзя получить электролизом водного раствора KCl, так как на катоде вместо ионов калия $K^+$ будут восстанавливаться молекулы воды $H_2O$. Это происходит потому, что стандартный электродный потенциал восстановления воды ($E^0 \approx -0.83 \text{ В}$) значительно выше, чем у калия ($E^0 = -2.93 \text{ В}$), что делает восстановление воды энергетически более выгодным процессом. В расплаве KCl вода отсутствует, поэтому единственным процессом на катоде является восстановление ионов $K^+$ до металлического калия.