Электролиз- -одна из самых трудных тем, изучаемых в школе и в институте. Трудность изучения темы
заключается в нагромождении теоретического материала в институтских учебниках, значениях электродных потенциалов, законов Ома и т.д. Я предлагаю годами отработанный метод составления уравнений электролиза растворов и расплавов солей, кислот, и щелочей .
Катод- это отрицательный электрод, к которому подходят ионы металлов, ионы водорода и молекул воды. На нем происходит процесс восстановления ( разрядки). Правило:
1.Ионы металлов I и II ( А) на катоде не разряжаются. Они собираются возле него, а разряжаются молекулы воды. 2 Н2О + 2 е = Н2↑ + 2 ОН-
2.Ионы металлов от Zn2+ по Ni2+ могут разряжаться как отдельно, так и одновременно с молекулами воды:
а) если кислотность раствора и концентрация соли одинаковая, то разряжаются одновременно и молекулы воды , и ионы металлов. Например, Zn2+ + 2 e = Zno 2 H2O + 2 e = H2 ↑+ 2 OH-
б) если среда кислая, то происходит разрядка только молекул воды 2 Н2О + 2 е = Н2 + 2 ОН-
в) если концентрация соли высокая, то разряжаются только ионы металлов. Zn2+ + 2e=Zno
г) если раствор очень разбавленный, то на катоде разряжаются только ионы водорода воды
4Н+ +4 е = 2 Н2
3. Ионы металлов от Cu 2+ по Pt 4+ полностью разряжаются Cu2+ + 2е = Cu o
Анод- это положительный электрод, к которому подходят ионы кислотных остатков, ионы водорода и молекулы воды На нем происходит процесс окисления. Правило:
Ионы металлов кислородсодержащих кислот не разряжаются, вместо них
разряжаются молекулы воды 2 Н2О – 4 е = О2↑ + 4 Н+
Ионы бескислородных кислот полностью окисляются( разряжаются) 2 CI- - 2 e =CI2o
Если концентрация соли низкая, то окисляются гидроксид-ионы воды. 4 ОН- - 4е = О2 + 2 Н2
Используя это правило, рассмотрим и запишем процесс и уравнение реакции электролиза соли на различных примерах.
1 пример Соль образована активными металлами и разными кислотными остатками.
2 NaCI= 2 Na+ + 2 CI-
Натрий хлорид.NaCI катод- анод+
2 H2O+ 2 e = H2↑ + 2 OH 2 CI- - 2 e = CI2↑
Суммарное уравнение электролиза 2NaCI + 2 H2O = H2↑ +2 NaOH + CI2↑
Натрий карбонат 2 Na2CO3 = 4 Na+ + 2 CO3 2-
Катод - Анод +
4 H2O +4 e = 2 H2 + 4 OH- 2 H2O – 8 e = 2 O2 + 8 OH -
Cуммарное уравнение электролиза 2 Na2CO3 + 6 H2O = 2 H2 + 4 NaOH + O2 + 2H2CO3(2CO2 + 2 H2O)
2Na2CO3 + 4 H2O = 2 H2 + 4 NaOH + O2 + 2 CO2
2 пример.
Соль образована металлами от Zn2+ по Ni2+ на примере цинка хлорида.
А) концентрация соли высокая
ZnCI2 = Zn2+ + 2 CI-
Катод- Анод+
Zn2+ + 2 e = Zn o 2 CI- - 2 e = Ci2
Суммарное уравнение ZnCI2 = Zn o + CI2 o
Вода в данном случае участие не принимает, электролиз проходит как расплав соли.
Б)- концентрация соли очень низкая ZnCI2 = Zn2+ + 2 CI-
Катод- анод+
4 H+ +4 e =2 H2 4 OH- -4 e = O2 + 2 OH-
Суммарное уравнение 4 H2O+ 2 H2 + O2 + 2 H2O
Только вода принимает участие в данном случае.
ZnCI2 = Zn 2+ + 2 CI-
В)-Среда кислая.
Катод- Анод+
2 H2O + 2e = H2 + 2 OH- 2 CI- - 2 e= CI2o
Суммарное уравнение ZnCI2 + 2 H2O = H2 +Zn + Zn(OH)2 + CI2
Г)-одновременная восстановление и ионов цинка. и молекул воды.
ZnCI= Zn 2+ + 2 CI-
Катод- Анод+
2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH- 2 CI- - 2 e = CI2
Zn2+ + 2 OH- = Zn o
Суммарное уравнение ZnCI2+ 2 H2O = H2 + Zn + Zn(OH)2 + CI2
3 пример
Соли металлов от Cu2+ по Pt4+ образованные кислородсодержащими и бескислор
ными кислотами.
Cоль кислородсодержащей кислоты
2 CuSO4 = 2 Cu 2+ + 2 SO4 2-
Катод- анад+
2 Cu 2+ + 4 e = 2 Cu o 2 H2O – 4 e = O2 + 2 H+
Суммарное уравнение 2 CuSO4 + 2 H2O = 2 Cu + O2 + 2 H2SO4
Соль бескислородсодержащей кислоты
CuCI2 = Cu 2+ + 2 CI-
Катод- анод+
Cu 2+ + 2 e = Cu o 2 CI- - 2 e = CI2
Суммарное уравнение CuCI2 = Cuо + CI2 o
Процесс проходит как расплав соли без участия воды.
ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВОВ СОЛЕЙ
Безкислородные NaCI Кислородсодержащие Na2SO4
2 NaCI = 2 Na ++ 2 CI- 2Na2SO4 = 4 Na+ + 2 SO4 2-
Катод- анод+ катод- анад+
2 Na+ + 2e =2 Na o 2CI- - 2 e = CI2 o 4 Na + + 4 e =4 Na O 2 SO42- - 4 e =2 SO3 + O2
уравнение 2 NaCI = 2 Na + CI2 уравнение 2Na2SO4 = 4 Na + 2 SO3+O2
ЭЛЕКТРОЛИЗ КИСЛОТ
бескис лородные кислородсодержащие
2 HCI =2 H+ + 2 CI- 2 H2SO4 = 4 H+ + 2 SO4 2-
Катод- анод+ катод- анод+
2 Н+ + 2 е = Н2 2 CI- - 2 e =CI2 4 H+ + 4 e = 2 H2 2 SO4 2- - 4 e =2SO3 + O2
Уравнение 2 HCI= H2 + CI2 уравнение 2 H2SO4 = 2 H2 + 2 SO3 + O2
ЭЛЕКТРОЛИЗ ЩЕЛОЧЕЙ
На катоде разряжаются ионы щелочных металлов, а на аноде гидроксид ионы воды
4 NaOH = 4 Na+ + 4 OH-
Катод- Анод+
4 Na + + 4 e = 4Na 4 ОН- - 4e = O2 + 2 H2O
уравнение 4 NaOH = 4 Na + O2 + 2 H2O
ЭЛЕКТРОЗ СОЛЕЙ С РАСТВОРИМЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
Электролиз сульфата меди(II) с медным анодом.
CuSO4 = Cu 2+ + SO4 2-
Катод- анод+
Cu2+ + 2 e = Cu o Cu o – 2 e + Cu 2+
При растворимом аноде окисляются не ионы металла, а атомы металла, из
которого изготовлен анод. Он окисляется.. Ионы меди переходят к атому и разряжаются
на нем. Концентрация соли остается неизменной. Сколько меди растворилось на аноде, столько же ее выделится на катоде.
