Номер 5, страница 99 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

5. Используя источники информации, установите, какие металлы и какие неметаллы получают в промышленности с помощью электролиза.

Электролиз — это физико-химический процесс, заключающийся в выделении на электродах составных частей растворенных веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который происходит при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита. В промышленности электролиз является ключевым методом для получения многих веществ, особенно высокоактивных металлов и неметаллов, которые трудно или невозможно получить другими способами.

Решение

Металлы, получаемые в промышленности с помощью электролиза

Электролиз является основным промышленным методом получения активных и некоторых среднеактивных металлов. Его применяют в двух основных вариантах: электролиз расплавов солей/оксидов и электролиз водных растворов солей.

Алюминий: Производится в огромных масштабах электролизом расплава оксида алюминия ($Al_2O_3$) в криолите ($Na_3AlF_6$) при температуре около $950 \text{°C}$ (процесс Холла-Эру). Суммарное уравнение реакции: $2Al_2O_3 \xrightarrow{электролиз} 4Al + 3O_2\uparrow$.

Активные щелочные и щелочноземельные металлы:

• Натрий: Получают электролизом расплава хлорида натрия ($NaCl$) с добавками ($CaCl_2$) для снижения температуры плавления (процесс Даунса). Уравнение: $2NaCl \xrightarrow{электролиз} 2Na + Cl_2\uparrow$.
• Литий, калий, кальций, магний, бериллий: Также получают электролизом расплавов их хлоридов (например, $MgCl_2$, $KCl$, $LiCl$, $CaCl_2$).
• Электролитическое рафинирование металлов: Этот метод используется для получения металлов высокой чистоты.
• Медь: Черновая медь (анод) растворяется в электролите (раствор $CuSO_4$), а на катоде осаждается химически чистая медь (99,99%).
• Никель, свинец, олово, золото, серебро: Также могут быть очищены методом электролитического рафинирования.
• Электроэкстракция металлов из растворов: Метод извлечения металлов из растворов, полученных после выщелачивания руд.
• Цинк, кадмий, марганец: Получают электролизом водных растворов их сульфатов ($ZnSO_4$, $CdSO_4$, $MnSO_4$). Например, для цинка: $2ZnSO_4 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2Zn + 2H_2SO_4 + O_2\uparrow$.

Ответ: В промышленности с помощью электролиза получают: активные металлы (алюминий, натрий, калий, литий, магний, кальций, бериллий); металлы средней активности путем электроэкстракции (цинк, кадмий, марганец); а также проводят электролитическое рафинирование (очистку) многих металлов (медь, никель, свинец, золото и др.).

Неметаллы, получаемые в промышленности с помощью электролиза

Электролиз также является незаменимым способом производства ряда важнейших неметаллов.

• Хлор: Один из самых крупнотоннажных продуктов химической промышленности. Его получают электролизом водного раствора хлорида натрия (рассола). Этот процесс также дает два других ценных продукта — гидроксид натрия (едкий натр) и водород. Суммарное уравнение: $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$.
• Водород: Высокочистый водород получают электролизом воды (часто с добавлением щелочей, например, $KOH$, для увеличения электропроводности). Процесс описывается уравнением: $2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$. Также водород является побочным продуктом в хлор-щелочном производстве.
• Кислород: Является побочным продуктом при электролитическом получении водорода из воды.
• Фтор: Как самый электроотрицательный элемент, фтор невозможно получить химическими методами окисления. Единственный промышленный способ его получения — электролиз расплава гидрофторида калия ($KHF_2$) или раствора $KF$ в безводном $HF$.

Также в процессе электролиза рассола получают гидроксид натрия ($NaOH$), который не является неметаллом, но является важнейшим продуктом этого электролитического процесса.

Ответ: В промышленности с помощью электролиза получают такие неметаллы, как хлор ($Cl_2$), водород ($H_2$), кислород ($O_2$) и фтор ($F_2$).