Номер 2, страница 99 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

2. Натрий впервые был получен электролизом расплава гидроксида натрия. Составьте молекулярное уравнение электролиза, если известно, что гидроксид-ион окисляется на аноде по уравнению: $4\text{OH}^- - 4\text{e}^- \rightarrow \text{O}_2\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}$. Определите элемент-окислитель и элемент-восстановитель.

Дано:

Электролиз расплава гидроксида натрия ($NaOH$).

Процесс окисления на аноде: $4OH^{-} - 4\bar{e} \rightarrow O_{2}\uparrow + 2H_{2}O$

Найти:

1. Молекулярное уравнение электролиза.

2. Элемент-окислитель и элемент-восстановитель.

Решение:

Составление молекулярного уравнения электролиза

В расплаве гидроксид натрия диссоциирует на ионы:

$NaOH \leftrightarrow Na^{+} + OH^{-}$

В процессе электролиза на электродах протекают следующие реакции:

На катоде (отрицательном электроде) происходит процесс восстановления. К нему притягиваются положительно заряженные ионы натрия $Na^{+}$ и принимают электроны:

Катод(-): $Na^{+} + 1\bar{e} \rightarrow Na^{0}$

На аноде (положительном электроде) происходит процесс окисления. К нему притягиваются отрицательно заряженные гидроксид-ионы $OH^{-}$. Согласно условию задачи, они отдают электроны по следующей схеме:

Анод(+): $4OH^{-} - 4\bar{e} \rightarrow O_{2}\uparrow + 2H_{2}O$

Чтобы составить общее уравнение реакции, необходимо, чтобы число электронов, отданных на аноде, было равно числу электронов, принятых на катоде. Процесс на аноде включает 4 электрона, поэтому уравнение для катода нужно умножить на 4:

$4Na^{+} + 4\bar{e} \rightarrow 4Na^{0}$

Теперь сложим электронные уравнения для катода и анода, чтобы получить суммарное ионное уравнение электролиза:

$4Na^{+} + 4OH^{-} \rightarrow 4Na^{0} + O_{2}\uparrow + 2H_{2}O$

Ионы $4Na^{+}$ и $4OH^{-}$ соответствуют четырем формульным единицам $NaOH$. Запишем итоговое молекулярное уравнение:

Ответ: Молекулярное уравнение электролиза расплава гидроксида натрия: $4NaOH \xrightarrow{электролиз} 4Na + O_{2}\uparrow + 2H_{2}O$.

Определение элемента-окислителя и элемента-восстановителя

Окислитель — это элемент, который в ходе реакции принимает электроны, понижая свою степень окисления. Восстановитель — это элемент, который отдает электроны, повышая свою степень окисления.

Проанализируем изменение степеней окисления элементов в данной реакции:

$4\overset{+1}{Na}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H} \rightarrow 4\overset{0}{Na} + \overset{0}{O_{2}} + 2\overset{+1}{H_{2}}\overset{-2}{O}$

1. Натрий изменяет степень окисления с +1 на 0:

$Na^{+1} + 1\bar{e} \rightarrow Na^{0}$

Атом натрия принимает электрон, его степень окисления понижается. Следовательно, натрий ($Na^{+1}$) является окислителем.

2. Кислород изменяет степень окисления с -2 (в $NaOH$) на 0 (в $O_{2}$):

$2O^{-2} - 4\bar{e} \rightarrow O_{2}^{0}$

Атом кислорода отдает электроны, его степень окисления повышается. Следовательно, кислород ($O^{-2}$) является восстановителем.

Ответ: Элемент-окислитель — натрий ($Na^{+1}$); элемент-восстановитель — кислород ($O^{-2}$).