Номер 3, страница 118 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 25. Электролиз. Глава V. Электрохимические реакции - номер 3, страница 118.

Условие.

3. В электролизёрах между катодным и анодным пространством существуют перегородки. Объясните почему.

Решение.

Решение 2.

В электролизёрах, устройствах для проведения электролиза, между катодным и анодным пространством устанавливают перегородки (диафрагмы). Основная причина их использования заключается в необходимости разделения продуктов, образующихся на катоде и аноде, чтобы предотвратить их смешивание и последующие нежелательные химические реакции.

Во время электролиза на электродах происходят окислительно-восстановительные процессы. На катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит восстановление, а на аноде (положительно заряженном электроде) – окисление. Продукты этих реакций часто являются химически активными веществами и могут вступать в реакцию друг с другом, с материалом электродов или с исходным электролитом.

Рассмотрим классический пример – электролиз водного раствора хлорида натрия ($NaCl$).

На катоде происходит восстановление воды с образованием газообразного водорода и гидроксид-ионов:

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

На аноде окисляются хлорид-ионы, в результате чего выделяется газообразный хлор:

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

В итоге, в катодном пространстве накапливаются ионы $Na^+$ и $OH^-$, образуя раствор гидроксида натрия ($NaOH$), и выделяется водород ($H_2$). В анодном пространстве выделяется хлор ($Cl_2$).

Если бы перегородка отсутствовала, то продукты электролиза смешались бы. Это привело бы к двум основным негативным последствиям. Во-первых, хлор ($Cl_2$), образующийся на аноде, прореагировал бы с гидроксидом натрия ($NaOH$), образующимся в катодном пространстве. Эта побочная реакция приводит к образованию хлорида и гипохлорита натрия, что снижает выход целевых продуктов – чистого хлора и каустической соды:

$Cl_2 + 2NaOH \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$

Во-вторых, газообразный водород ($H_2$) и хлор ($Cl_2$) при смешивании образуют взрывоопасную смесь (гремучий газ), которая может взорваться под действием света или при нагревании. Наличие перегородки является важнейшей мерой безопасности.

Таким образом, перегородка (диафрагма), которая должна быть проницаема для ионов (чтобы обеспечить прохождение тока), но непроницаема для молекул продуктов, выполняет несколько ключевых функций: физически разделяет катодное и анодное пространства, предотвращает взаимодействие продуктов электролиза, обеспечивает получение чистых целевых веществ с высоким выходом и повышает безопасность всего процесса.

Ответ: Перегородки в электролизёрах необходимы для пространственного разделения продуктов, образующихся на катоде и аноде. Это делается для того, чтобы предотвратить их взаимную реакцию, которая может привести к снижению выхода целевых веществ (например, реакция хлора с гидроксидом натрия при электролизе раствора $NaCl$) и созданию взрывоопасных ситуаций (например, при смешивании водорода и хлора).