Номер 4, страница 118 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 25. Электролиз. Глава V. Электрохимические реакции - номер 4, страница 118.

Условие.

4. Какие вещества и в какой последовательности выделяются на катоде при электролизе водного раствора смеси солей: $KNO_3$, $Zn(NO_3)_2$, $AgNO_3$?

Решение.

Решение 2.

При электролизе водного раствора на катоде (отрицательном электроде) происходит процесс восстановления — присоединение электронов. В данном растворе за электроны конкурируют катионы $K^+$, $Zn^{2+}$, $Ag^+$ и молекулы воды $H_2O$.

Последовательность восстановления определяется величиной стандартного электродного потенциала ($E^0$). Первым восстанавливается тот окислитель (катион или молекула воды), который имеет наибольший (самый положительный) потенциал.

Рассмотрим стандартные электродные потенциалы для всех возможных катодных процессов:

• $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag \qquad E^0 = +0,80 \text{ В}$
• $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^- \qquad E \approx -0,41 \text{ В}$ (для нейтральной среды)
• $Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn \qquad E^0 = -0,76 \text{ В}$
• $K^+ + e^- \rightarrow K \qquad E^0 = -2,93 \text{ В}$

Исходя из этих значений, процессы на катоде будут протекать в следующей последовательности:

1. Восстановление серебра

Ионы серебра $Ag^+$ имеют самый высокий электродный потенциал ($+0,80 \text{ В}$). Поэтому они будут восстанавливаться в первую очередь, осаждаясь на катоде в виде металлического серебра, пока полностью не израсходуются:

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

2. Восстановление цинка

После осаждения всего серебра в растворе остаются ионы $Zn^{2+}$, $K^+$ и вода. Сравнивая потенциалы $E(H_2O/H_2) \approx -0,41 \text{ В}$ и $E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0,76 \text{ В}$, можно было бы предположить, что следующей будет восстанавливаться вода. Однако для выделения газообразного водорода на поверхности многих металлов, включая цинк, требуется значительное перенапряжение (дополнительный потенциал). Это перенапряжение делает фактический потенциал восстановления воды более отрицательным, чем потенциал восстановления цинка. Поэтому вторым процессом будет восстановление ионов цинка:

$Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn$

3. Восстановление воды (выделение водорода)

После того как ионы $Ag^+$ и $Zn^{2+}$ будут полностью восстановлены, в растворе останутся ионы $K^+$ и вода. Потенциал восстановления ионов калия ($-2,93 \text{ В}$) намного ниже (более отрицательный), чем потенциал восстановления воды ($\approx -0,41 \text{ В}$). Калий является активным металлом и в водных растворах не восстанавливается. Следовательно, начнется процесс электролиза воды с выделением на катоде газообразного водорода:

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

Ответ: На катоде вещества выделяются в следующей последовательности: вначале выделяется металлическое серебро (Ag), затем — металлический цинк (Zn), и после этого — газообразный водород ($H_2$).