Номер 9, страница 103 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 10. Металлы - номер 9, страница 103.

Условие.

9. Составьте уравнения электролиза для расплава и раствора гидроксида калия.

Решение.

Решение 2.

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании электрического тока через расплав или раствор электролита. Рассмотрим оба случая для гидроксида калия ($KOH$).

Электролиз расплава гидроксида калия

В расплавленном состоянии гидроксид калия диссоциирует на ионы калия ($K^+$) и гидроксид-ионы ($OH^-$). Вода в системе отсутствует.
$KOH \rightarrow K^+ + OH^-$

При пропускании тока ионы движутся к электродам:

• На катоде (-), отрицательно заряженном электроде, происходит процесс восстановления. Катионы калия $K^+$ принимают электроны и превращаются в металлический калий.
  Катод: $K^+ + 1e^- \rightarrow K^0$
• На аноде (+), положительно заряженном электроде, происходит процесс окисления. Гидроксид-ионы $OH^-$ отдают электроны, образуя кислород и воду.
  Анод: $4OH^- - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 2H_2O$

Для составления суммарного уравнения необходимо уравнять количество электронов, отданных на аноде и принятых на катоде. Умножим катодный процесс на 4:
$4K^+ + 4e^- \rightarrow 4K$
$4OH^- - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 2H_2O$
Сложив оба процесса, получим ионное, а затем и молекулярное уравнение электролиза:
$4K^+ + 4OH^- \xrightarrow{электролиз} 4K + O_2 \uparrow + 2H_2O$
$4KOH \xrightarrow{электролиз} 4K + O_2 \uparrow + 2H_2O$

Ответ: Суммарное уравнение электролиза расплава $KOH$: $4KOH \xrightarrow{электролиз} 4K + O_2 + 2H_2O$. На катоде образуется металлический калий, на аноде выделяется кислород и образуется вода.

Электролиз водного раствора гидроксида калия

В водном растворе, помимо ионов $K^+$ и $OH^-$, присутствуют молекулы воды ($H_2O$), которые также могут участвовать в электродных процессах.

Процессы на электродах:

• На катоде (-): За восстановление конкурируют катионы $K^+$ и молекулы воды $H_2O$. Калий является очень активным металлом (в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит левее водорода и алюминия). Поэтому вместо ионов $K^+$ восстанавливаться будут молекулы воды, так как это энергетически выгоднее.
  Катод: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$
• На аноде (+): За окисление конкурируют гидроксид-ионы $OH^-$ и молекулы воды. В щелочной среде окисляются именно гидроксид-ионы.
  Анод: $4OH^- - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 2H_2O$

Суммарное уравнение процесса:
Для баланса электронов умножим катодное уравнение на 2:
Катод: $4H_2O + 4e^- \rightarrow 2H_2 \uparrow + 4OH^-$
Анод: $4OH^- - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 2H_2O$
Складывая оба уравнения и сокращая одинаковые частицы ($4OH^-$ с обеих сторон и $2H_2O$), мы видим, что в итоге происходит разложение воды:
$2H_2O \xrightarrow{электролиз, KOH} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$
Гидроксид калия в данном процессе не расходуется, а лишь выполняет роль электролита, обеспечивая ионную проводимость раствора. По мере протекания электролиза вода расходуется, а концентрация $KOH$ в растворе возрастает.

Ответ: Суммарное уравнение электролиза водного раствора $KOH$ фактически является уравнением электролиза воды: $2H_2O \rightarrow 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$. На катоде выделяется водород, на аноде — кислород.