Номер 3, страница 99 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

3. Составьте уравнения электролиза:

а) Расплава хлорида калия;

б) Раствора хлорида золота $AuCl_3$.

Укажите общие черты и найдите различия в этих процессах.

Решение

а) расплава хлорида калия

При электролизе расплава соли в процессе участвуют только ионы самой соли. Хлорид калия диссоциирует на катионы калия и хлорид-анионы:

$KCl \rightarrow K^+ + Cl^-$

На катоде (отрицательном электроде) происходит процесс восстановления. К нему притягиваются положительно заряженные ионы калия ($K^+$) и восстанавливаются до металлического калия:

Катод (-): $K^+ + 1e^- \rightarrow K^0$

На аноде (положительном электроде) происходит процесс окисления. К нему притягиваются отрицательно заряженные хлорид-ионы ($Cl^-$) и окисляются до газообразного хлора:

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$

Для составления суммарного уравнения реакции необходимо уравнять число электронов, отданных на аноде и принятых на катоде. Умножим уравнение катодного процесса на 2. Суммарное уравнение электролиза:

$2KCl \xrightarrow{электролиз} 2K + Cl_2 \uparrow$

Ответ: Уравнение электролиза расплава хлорида калия: $2KCl \xrightarrow{электролиз} 2K + Cl_2 \uparrow$.

б) раствора хлорида золота AuCl₃

При электролизе водного раствора соли необходимо учитывать возможное участие в процессе молекул воды. В растворе присутствуют ионы $Au^{3+}$, $Cl^-$, а также молекулы $H_2O$.

На катоде (-) конкурируют два возможных процесса: восстановление ионов золота и восстановление молекул воды. Золото ($Au$) в ряду электрохимической активности металлов стоит значительно правее водорода, поэтому оно является неактивным металлом и будет восстанавливаться преимущественно:

Катод (-): $Au^{3+} + 3e^- \rightarrow Au^0$

На аноде (+) конкурируют процессы окисления хлорид-ионов и молекул воды. В случае электролиза растворов галогенидов (кроме фторидов), на аноде происходит окисление галогенид-ионов:

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$

Для составления суммарного уравнения сбалансируем число электронов. Наименьшее общее кратное для 3 (на катоде) и 2 (на аноде) равно 6. Умножим катодное уравнение на 2, а анодное — на 3:

Катод: $2Au^{3+} + 6e^- \rightarrow 2Au^0$

Анод: $6Cl^- - 6e^- \rightarrow 3Cl_2^0$

Суммарное уравнение электролиза в молекулярном виде:

$2AuCl_3 \xrightarrow{электролиз} 2Au \downarrow + 3Cl_2 \uparrow$

Ответ: Уравнение электролиза раствора хлорида золота(III): $2AuCl_3 \xrightarrow{электролиз} 2Au \downarrow + 3Cl_2 \uparrow$.

Общие черты и различия в этих процессах

Общие черты:

1. Оба процесса являются электролизом — окислительно-восстановительной реакцией, протекающей под действием постоянного электрического тока.

2. На аноде в обоих случаях выделяется один и тот же продукт — газообразный хлор ($Cl_2$), так как окисляется хлорид-ион.

3. В обоих случаях на катоде идет процесс восстановления, а на аноде — окисления.

Различия:

1. Агрегатное состояние электролита: В первом случае — расплав соли (безводная среда, высокая температура), во втором — водный раствор (комнатная температура).

2. Продукт на катоде: При электролизе расплава KCl на катоде образуется очень активный металл калий ($K$). При электролизе раствора $AuCl_3$ образуется неактивный металл золото ($Au$).

3. Роль воды: В первом процессе вода отсутствует. Во втором процессе вода выступает в роли растворителя, и ее молекулы являются потенциальными конкурентами в электродных процессах, что определяет возможность или невозможность получения некоторых металлов из водных растворов их солей.

4. Условия проведения: Электролиз расплава KCl требует очень высокой температуры (температура плавления $KCl$ — 770°C), в то время как электролиз водного раствора можно проводить при комнатной температуре.

Ответ: Общей чертой процессов является выделение хлора на аноде. Ключевые различия обусловлены агрегатным состоянием электролита (расплав против раствора): это приводит к разным продуктам на катоде (активный металл калий против неактивного золота) и принципиально разным температурным условиям проведения электролиза.