20. Электролиз растворов и расплавов

Чтобы выяснить где можно получить нужные вещества, нужно провести электролиз растворов всех веществ.

Итоговые реакции электролиза:

А) 2AlCl₃ + 6H₂O ⟶ 3H₂ + 2Al(OH)₃ + 3Cl₂

Электролиз хлорида алюминия состоит в электролизе самой соли и воды. Хлорид алюминия образован катионом активного металла - алюминия и бескислородным хлорид-анионом. Вместо катионов алюминия на катоде восстанавливается водород, полученный из воды, так как катион алюминия - катион активного металла. На аноде окисляются хлорид-анионы из соли. В результате на электродах выделяются водород и хлор (галоген). Гидроксид алюминия остается в пробирке, как побочный продукт.

Б) 2LiBr + 2H₂O ⟶ H₂ + 2LiOH + Br₂

Электролиз бромида лития состоит в электролизе самой соли и воды. Бромид лития образован катионом активного металла - лития и бескислородным бромид-анионом. Вместо катионов лития на катоде восстанавливается водород, полученный из воды, так как катион лития - катион активного металла. На аноде окисляются бромид-анионы из соли. В результате на элетродах выделяются водород и бром (галоген). Гидроксид лития остается плавать в растворе, как побочный продукт.

В) 2H₂O ⟶ 2H₂ + O₂ (нитрат рубидия сам не электролизуется).

Электролиз нитрата рубидия состоит в электролизе воды. Соль образована катионом активного металла - рубидия и кислородсодержащим анионом. По правилам электролиза ионы, образующие данную соль, не идут в реакцию электролиза и остаются плавать в растворе. В результате реакции на электродах выделяются кислород и водород из воды.

Соотнося буквы и цифры, получаем следующий предварительный ответ: А) - 1; Б) - 1; В) - 3.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным продуктам электролиза.

Разберем каждый случай электролиза:

А) Хлорид натрия (NaCl): На катоде восстанавливается вода, так как потенциал ее восстановления больше, чем у натрия. Процесс на катоде: 2H₂O + 2ē → H₂ + 2OH⁻ (1).

Б) Серная кислота (H₂SO₄): На катоде восстанавливаются катионы водорода (протоны): 2H⁺ + 2ē → H₂ (3).

В) Сульфат меди (CuSO₄): На катоде восстанавливаются катионы меди, так как потенциал ее восстановления больше, чем у воды: Cu²⁺ + 2ē → Cu (6).

Таким образом, правильный ответ: 136.

Чтобы выяснить где можно получить нужные вещества, нужно провести электролиз всех реакций.

Итоговые реакции электролиза:

А) 2H₂O ⟶ 2H₂ + O₂, карбонат натрия сам по себе не вступает в электролиз, т.к. катион натрия - катион активного металла, а карбонат-анион - кислородсодержащий анион. Итоговые продукты: водород, кислород.

Б) 2H₂O ⟶ 2H₂ + O₂, сульфат магния сам по себе не вступает в электролиз, т.к. катион магния - катион активного металла, а сульфат-анион - кислородсодержащий анион. Итоговые продукты: водород, кислород.

В) 2Mn(NO₃)₂ + 2H₂O ⟶ 2Mn + O₂ + 4HNO₃. Параллельный электролиз соли и воды. Катион марганца - катион среднеактивного металла, поэтому на катоде будут выделяться сам металл из соли и водород из воды. Нитрат-анион - кислородсодержащий анион, поэтому на аноде будет выделяться кислород из воды. Итоговые продукты: металл, водород, кислород.

Таким образом, А) - 2; Б) - 2; В) - 4.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным продуктам электролиза.

Чтобы выяснить где можно получить нужные вещества, нужно провести электролиз всех реакций.

Итоговые реакции электролиза:

А) 2H₂O ⟶ 2H₂ + O₂ (фторид натрия не электролизируется).

Электролиз раствора фторида натрия состоит в электролизе воды. Фторид натрия образован катионом активного металла - натрия и хоть и бескислородным фторид-анионом, но очень активного галогена - фтора, из-за этого он не идет в ОВР электролиза, этот анион - исключение. По правилам электролиза ионы, образующие соль, не идут в реакцию электролиза и остаются плавать в растворе. В результате реакции выделяются кислород и водород.

Б) CuCl₂ ⟶ Cu + Cl₂ (вода не идет в электролиз).

Электролиз хлорида меди (II) состоит в электролизе самой соли без участия воды. Соль образована катионом неактивного металла - меди и бескислородным хлорид-анионом, поэтому катионы меди будут восстанавливаться до меди на катоде, а хлорид-анионы будут окисляться до хлора на аноде. В результате реакции выделяются металл - медь и галоген - хлор.

В) 2H₂O ⟶ 2H₂ + O₂ (силикат калия не электролизируется).

Электролиз раствора силиката калия состоит в электролизе воды. Силикат калия образован катионом активного металла - калия и кислородсодержащим силикат-анионом. По правилам электролиза ионы, образующие соль, не идут в реакцию электролиза и остаются плавать в растворе. В результате реакции выделяются кислород и водород.

Соотнося буквы и цифры, получаем следующий предварительный ответ: А) - 4; Б) - 1; В) - 4.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным продуктам электролиза.

При электролизе водных растворов веществ на катоде выделяется:
— водород, если это соль или растворимый гидроксид металла, стоящего в ряду напряжений металлов левее алюминия, из-за восстановления водорода воды на катоде;
— металл, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов правее водорода, из-за восстановления металла этого вещества на катоде;
— металл и водород, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов между алюминием и водородом, из-за параллельного восстановления металла этого вещества и водорода из воды на катоде;

— водород, если это кислота, из-за восстановления водорода кислоты;

— водород и аммиак, если катион соли представлен ионом аммония, из-за восстановления катиона аммония.

Проанализируем представленные вещества и определим каким катионом они образованы, его тип и что образуется на катоде:

А) ацетат аммония. Соль, имеющая формулу: CH₃COONH₄. В составе соли есть катион аммония

Б) нитрат натрия. Соль, имеющая формулу: NaNO₃. Это соль натрия, а натрий - активный металл, в ряду напряжений металлов стоит до алюминия, следовательно, будет на катоде выделяться водород, из-за восстановления воды.

В) нитрат меди(II). Соль, имеющая формулу Cu(NO₃)₂. Это соль меди, а медь - неактивный металл, в ряду напряжений металлов стоит после водорода, следовательно, будет на катоде выделяться медь, из-за ее восстановления из соли.

Соотнося буквы и цифры, получаем следующий предварительный ответ: А) - 4; Б) - 4; В) - 1.

Переводим этот предварительный ответ в последовательность цифр, соответствующих нужным продуктам на катоде.

При электролизе водных растворов солей, щелочей и кислот на инертном аноде:
— разряжается вода и выделяется кислород, если это соль кислородсодержащей кислоты или соль фтороводородной кислоты;
— разряжаются гидроксид-ионы и выделяется кислород, если это щелочь;
— разряжается кислотный остаток, входящий в состав соли, и выделяется соответствующее простое вещество, если это соль бескислородной кислоты (кроме HF).
А - выделяется кислород
Б - выделяется сера
В - выделяется кислород
Г- выделяется бром

При электролизе водных растворов солей на катоде выделяется:
— водород, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов левее алюминия;
— металл, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов правее водорода;
— металл и водород, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов между алюминием и водородом.

При электролизе водных растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов окисляется кислород из воды, поэтому на аноде выделяется кислород. При электролизе водных растворов бескислородных кислот идет окисление кислотного остатка.
А - выделяется кислород
Б - выделяется кислород
В - выделяется хлор
Г - выделяется бром

В результате электролизаводного раствора соли на аноде идёт оксиление аниона кислоты, если кислота безкислородная. Окисление из воды, если в соль входит в анион кислородсодержащей кислоты или фторид ион.
А - выделяется хлор
Б - выделяется кислород
В - выделяется кислород
Г - выделяется кислород

При элек­тро­ли­зе солей ак­тив­ных ме­тал­лов (от лития до алю­ми­ния вклю­чи­тель­но) вме­сто ме­тал­лов на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся толь­ко во­до­род.Ка­ти­о­ны от Mn²⁺ до Pb²⁺ могут вос­ста­нав­ли­вать­ся с вы­де­ле­ни­ем ме­тал­ла. Но если их кон­цен­тра­ция в рас­тво­ре мала, то од­но­вре­мен­но с ме­тал­лом в боль­шей или мень­шей сте­пе­ни на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся и во­до­род.
Ка­ти­о­ны, сто­я­щие в ряду на­пря­же­ний после во­до­ро­да, легко вы­де­ля­ют­ся при элек­тро­ли­зе, а вода при этом не вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся.
А и Г — соль ма­ло­ак­тив­но­го ме­тал­ла, по­это­му вы­де­ля­ет­ся ме­талл.
Б и В — соль ак­тив­но­го ме­тал­ла (до алю­ми­ния в ряду на­пря­же­ний ме­тал­лов), по­это­му вы­де­ля­ет­ся во­до­род.

При элек­тро­ли­зе солей ак­тив­ных ме­тал­лов (от лития до алю­ми­ния вклю­чи­тель­но) вме­сто ме­тал­лов на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся толь­ко во­до­род.
Ка­ти­о­ны от Mn²⁺ до Pb²⁺ могут вос­ста­нав­ли­вать­ся с вы­де­ле­ни­ем ме­тал­ла. Но если их кон­цен­тра­ция в рас­тво­ре мала, то од­но­вре­мен­но с ме­тал­лом в боль­шей или мень­шей сте­пе­ни на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся и во­до­род.
Ка­ти­о­ны, сто­я­щие в ряду на­пря­же­ний после во­до­ро­да, легко вы­де­ля­ют­ся при элек­тро­ли­зе, а вода при этом не вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся.
А и Б — соль ма­ло­ак­тив­но­го ме­тал­ла, по­это­му вы­де­ля­ет­ся ме­талл.
В и Г — соль ак­тив­но­го ме­тал­ла (до алю­ми­ния в ряду на­пря­же­ний ме­тал­лов), по­это­му вы­де­ля­ет­ся во­до­род.

При элек­тро­ли­зе вод­ных рас­тво­ров солей, ще­ло­чей и кис­лот на инерт­ном аноде:
— раз­ря­жа­ет­ся вода и вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род, если это соль кис­ло­род­со­дер­жа­щей кис­ло­ты или соль фто­ро­во­до­род­ной кис­ло­ты;
— раз­ря­жа­ют­ся гид­рок­сид-ионы и вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род, если это ще­лочь;
— раз­ря­жа­ет­ся кис­лот­ный оста­ток, вхо­дя­щий в со­став соли, и вы­де­ля­ет­ся со­от­вет­ству­ю­щее про­стое ве­ще­ство, если это соль бес­кис­ло­род­ной кис­ло­ты (кроме HF).
По-осо­бо­му про­ис­хо­дит про­цесс элек­тро­ли­за солей кар­бо­но­вых кис­лот, на­при­мер:
2CH₃COO^- - 2 → 2CO₂ + H₃C-CH₃
А - выделяется кислород
Б - выделяется этан
В - выделяется бром
Г - выделяется кислород

При элек­тро­ли­зе солей ак­тив­ных ме­тал­лов (от лития до алю­ми­ния вклю­чи­тель­но) вме­сто ме­тал­лов на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся толь­ко во­до­род.
Ка­ти­о­ны от Mn²⁺ до Pb²⁺ могут вос­ста­нав­ли­вать­ся с вы­де­ле­ни­ем ме­тал­ла. Но если их кон­цен­тра­ция в рас­тво­ре мала, то од­но­вре­мен­но с ме­тал­лом в боль­шей или мень­шей сте­пе­ни на ка­то­де вы­де­ля­ет­ся и во­до­род.
Ка­ти­о­ны, сто­я­щие в ряду на­пря­же­ний после во­до­ро­да, легко вы­де­ля­ют­ся при элек­тро­ли­зе, а вода при этом не вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся.
А - Cu(NO₃)₂ — соль ме­тал­ла, сто­я­ще­го в ряду на­пря­же­ний после во­до­ро­да, по­это­му он сам вы­де­ля­ет­ся на ка­то­де.
Б - AgNO₃ — соль ме­тал­ла, сто­я­ще­го в ряду на­пря­же­ний после во­до­ро­да, по­это­му он сам вы­де­ля­ет­ся на ка­то­де.
В и Г — соли ак­тив­ных ме­тал­лов до алю­ми­ния, вме­сто ме­тал­ла вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся во­до­род из воды.