Электролиз растворов — урок. Химия, 11 класс.

2. Электролиз растворов

Теория

Электролиз растворов имеет свои особенности, так как кроме ионов электролита в них содержатся также катионы водорода и гидроксид-ионы, образующиеся при диссоциации воды:

H_{2} O ⇄ H^{+} + {OH}^{-} .

При описании электролиза растворов нужно учитывать два правила.

1. На катоде происходит восстановление более сильного окислителя.

Окислители — это катионы металлов и водорода. Их сила определяется положением металлов в ряду активности. Самые сильные окислительные свойства имеются у катионов неактивных металлов, расположенных в конце ряда.

${Li}^{+}, K^{+}, {Ca}^{2 +}, {Na}^{+}, {Mg}^{2 +}, {Al}^{3 +}$	${Zn}^{2 +}, {Fe}^{2 +}, {Ni}^{2 +}, {Sn}^{2 +}, {Pb}^{2 +}$	$H_{2}$	${Cu}^{2 +}, {Hg}^{2 +}, {Ag}^{+}, {Pt}^{2 +}, {Au}^{3 +}$
Выделяется водород	Выделяются металл и водород		Выделяется металл

Если электролит содержит ион активного металла, расположенного в начале ряда активности (включая алюминий), то на катоде происходит восстановление воды и выделяется водород, а в растворе образуются гидроксид-ионы:

{2 H}_{2} O + 2 \overline{e} \to H_{2} {↑ + 2 OH}^{-} .

При электролизе соли металла средней активности, расположенного в ряду до водорода, может восстанавливаться и водород, и металл:

{Me}^{n +} + n \overline{e} \to Me, {2 H}_{2} O + 2 \overline{e} \to H_{2} {↑ + 2 OH}^{-} .

Из соли неактивного металла, находящегося в ряду после водорода, на катоде выделяется только металл:

{Me}^{n +} + n \overline{e} \to Me .

Из растворов, содержащих несколько катионов, металлы выделяются в порядке снижения их окислительной способности. Например, из раствора солей меди и серебра сначала будет восстанавливаться серебро, а потом медь.

2. На аноде окисляется более сильный восстановитель.

Сила восстановителя определяется его составом. Легче окисляются простые анионы.

$I^{-}, {Br}^{-}, {Cl}^{-}, S^{2 -}$	${OH}^{-}, {SO}_{4}^{2 -}, {NO}_{3}^{-}, {NO}_{2}^{-}, {CO}_{3}^{2 -}, {ClO}_{4}^{-}, F^{-}$	${C_{n} H_{2 n + 1} COO}^{-}$
Выделяется неметалл	Выделяется кислород	Образуются алкан и углекислый газ

Если электролит содержит бескислородный анион (кроме фторида), то на аноде выделяется неметалл:

{2 Cl}^{-} - 2 \overline{e} \to {Cl}_{2} {↑ .}_{}

Фторид-ионы и кислородсодержащие анионы не окисляются, вместо них происходит окисление воды и образуется кислород:

{2 H}_{2} O - 4 \overline{e} {\to 4 H}^{+} {+ O}_{2} {↑ .}_{}

Под действием тока на растворы солей карбоновых кислот происходит окисление и разложение кислотных остатков с образованием углекислого газа и алкана. Например, при электролизе раствора ацетата на аноде выделяются углекислый газ и этан:

{{2 CH}_{3} COO}^{-} - 2 \overline{e} \to {2 CO}_{2} {↑ + C}_{2} H_{6} {↑ .}_{}

Электролиз растворов щелочей и кислот

При пропускании тока через растворы щелочей и кислородсодержащих кислот разлагается вода, а вещества остаются в растворе.

Пример:

Электролиз раствора гидроксида натрия

В растворе содержатся катионы натрия, катионы водорода и гидроксид-ионы:

NaOH \to {Na}^{+} + {OH}^{-},

H_{2} O ⇄ H^{+} + {OH}^{-} .

На катоде восстанавливается водород из воды:

{2 H}_{2} O + 2 \overline{e} \to H_{2} {↑ + 2 OH}^{-} .

На аноде происходит окисление гидроксид-ионов и выделяется кислород:

{2 OH}^{-} - 4 \overline{e} \to 2 H^{+} + O_{2} {↑ .}_{}

Суммарное уравнение электролиза:

{2 H}_{2} O = {2 H}_{2} {↑ + O}_{2} {↑ .}_{}

Пример:

Электролиз раствора серной кислоты

В растворе имеются ионы водорода, гидроксид-ионы и сульфат-ионы:

H_{2} {SO}_{4} \to {2 H}^{+} + {SO}_{4}^{2 -},

H_{2} O ⇄ H^{+} + {OH}^{-} .

На катоде выделяется водород:

{2 H}^{+} + 2 \overline{e} \to H_{2} {↑ .}_{}

На аноде выделяется кислород:

{2 H}_{2} O - 4 \overline{e} {\to 4 H}^{+} {+ O}_{2} {↑ .}_{}

Суммарное уравнение:

{2 H}_{2} O = {2 H}_{2} {↑ + O}_{2} {↑ .}_{}

Предыдущая теория

Вернуться в тему

Следующая теория