Elektrolīze (grieķu elektron — dzintars + līze — sadalīšanās) ir ķīmiska reakcija, kas notiek, kad caur elektrolītu iet līdzstrāva. Tā ir vielu sadalīšanās to sastāvdaļās elektriskās strāvas ietekmē.

Elektrolīzes process ir katjonu (pozitīvi lādētu jonu) kustība uz katodu (negatīvi lādēts), bet negatīvi lādētu jonu (anjonu) kustība uz anodu (pozitīvi lādētu).

Tātad anjoni un katjoni steidzas attiecīgi uz anodu un katodu. Šeit notiek ķīmiskā reakcija. Lai veiksmīgi atrisinātu uzdevumus par šo tēmu un rakstītu reakcijas, nepieciešams nodalīt procesus pie katoda un anoda. Šādi tiks veidots šis raksts.

Katods

Katodam tiek piesaistīti katjoni - pozitīvi lādēti joni: Na +, K +, Cu 2+, Fe 3+, Ag + utt.

Lai noteiktu, kāda reakcija notiek uz katoda, vispirms ir jānosaka metāla aktivitāte: tā pozīcija metāla spriegumu elektroķīmiskajā sērijā.

Ja uz katoda parādās aktīvs metāls (Li, Na, K), tad tā vietā tiek atjaunotas ūdens molekulas, no kurām izdalās ūdeņradis. Ja metālam ir vidēja aktivitāte (Cr, Fe, Cd), pie katoda izdalās gan ūdeņradis, gan pats metāls. Neaktīvie metāli tiek izolēti pie katoda tīrā veidā (Cu, Ag).

Es atzīmēju, ka alumīnijs tiek uzskatīts par robežu starp aktīvās un vidējas aktivitātes metāliem virknē spriegumu. Elektrolīzes laikā uz katoda metāli līdz alumīnijam (ieskaitot!) netiek atjaunoti, to vietā tiek atjaunotas ūdens molekulas - izdalās ūdeņradis.

Gadījumā, ja katodam tiek piegādāti ūdeņraža joni - H + (piemēram, skābju HCl, H 2 SO 4 elektrolīzes laikā), ūdeņradis tiek reducēts no skābes molekulām: 2H + - 2e = H 2

Anods

Anodā tiek piesaistīti anjoni - negatīvi lādēti joni: SO 4 2-, PO 4 3-, Cl -, Br -, I -, F -, S 2-, CH 3 COO -.

Skābekli saturošu anjonu: SO 4 2-, PO 4 3- elektrolīzes laikā uz anoda oksidējas nevis anjoni, bet gan ūdens molekulas, no kurām izdalās skābeklis.

Anjoni, kas nesatur skābekli, tiek oksidēti un atbrīvo atbilstošos halogēnus. Sulfīda jons sēra oksidācijas oksidēšanā. Izņēmums ir fluors – ja tas atsitas pret anodu, tad tiek izlādēta ūdens molekula un izdalās skābeklis. Fluors ir elektronegatīvākais elements, un tāpēc tas ir izņēmums.

Organisko skābju anjoni tiek oksidēti īpašā veidā: karboksilgrupai blakus esošais radikālis tiek dubultots, un pati karboksilgrupa (COO) tiek pārvērsta oglekļa dioksīdā - CO 2 .

Risinājumu piemēri

Apmācības procesā var saskarties ar metāliem, kas aktivitāšu sērijās ir izlaisti. Apmācības posmā jūs varat izmantot paplašinātu metāla aktivitāšu klāstu.

Tagad jūs precīzi zināt, kas tiek atbrīvots uz katoda ;-)

Tātad, trenēsimies. Noskaidrosim, kas veidojas uz katoda un anoda AgCl, Cu(NO 3) 2, AlBr 3, NaF, FeI 2, CH 3 COOLi šķīdumu elektrolīzes laikā.

Dažreiz uzdevumos ir jāreģistrē elektrolīzes reakcija. Informēju: ja saproti, kas veidojas pie katoda un kas pie anoda, tad reakcijas uzrakstīšana nav grūta. Ņemiet, piemēram, NaCl elektrolīzi un uzrakstiet reakciju:

NaCl + H 2 O → H 2 + Cl 2 + NaOH

Nātrijs ir aktīvs metāls, tāpēc pie katoda izdalās ūdeņradis. Anjons nesatur skābekli, izdalās halogēns – hlors. Mēs rakstām vienādojumu, lai nevarētu likt nātrijam iztvaikot bez pēdām :) Nātrijs reaģē ar ūdeni, veidojot NaOH.

Pierakstīsim CuSO 4 elektrolīzes reakciju:

CuSO 4 + H 2 O → Cu + O 2 + H 2 SO 4

Varš pieder pie zemas aktivitātes metāliem, tāpēc tīrā veidā tas izdalās pie katoda. Anjons satur skābekli, tāpēc reakcijā izdalās skābeklis. Sulfātjons nekur nepazūd, tas savienojas ar ūdens ūdeņradi un pārvēršas sērskābē.

Kausējuma elektrolīze

Viss, ko mēs līdz šim esam apsprieduši, ir bijis par tādu šķīdumu elektrolīzi, kuros šķīdinātājs ir ūdens.

Pirms rūpnieciskās ķīmijas stāv svarīgs uzdevums- iegūt metālus (vielas) tīrā veidā. Neaktīvos metālus (Ag, Cu) var viegli iegūt ar šķīdumu elektrolīzi.

Bet kā ar aktīvajiem metāliem: Na, K, Li? Galu galā to šķīdumu elektrolīzes laikā tie netiek atbrīvoti pie katoda tīrā veidā, to vietā tiek reducētas ūdens molekulas un izdalās ūdeņradis. Šeit noder kausējumi, kas nesatur ūdeni.

Bezūdens kausēs reakcijas tiek uzrakstītas vēl vienkāršāk: vielas sadalās to sastāvdaļās:

AlCl 3 → Al + Cl 2

LiBr → Li + Br2

© Bellēvičs Jurijs Sergejevičs 2018-2020

Šo rakstu ir uzrakstījis Jurijs Sergejevičs Belēvičs, un tas ir viņa intelektuālais īpašums. Informācijas un objektu kopēšana, izplatīšana (tostarp kopēšana uz citām vietnēm un resursiem internetā) vai jebkāda cita veida izmantošana bez autortiesību īpašnieka iepriekšējas piekrišanas ir sodāma ar likumu. Lai iegūtu raksta materiālus un atļauju tos izmantot, lūdzam sazināties

Elektrodu, kurā notiek samazināšana, sauc par katodu.

Elektrods, pie kura notiek oksidēšanās, ir anods.

Apsveriet procesus, kas notiek bezskābekļa skābju izkausētu sāļu elektrolīzes laikā: HCl, HBr, HI, H 2 S (izņemot fluorūdeņražu vai fluorūdeņražu - HF).

Kausē šāds sāls sastāv no metāla katjoniem un skābes atlikuma anjoniem.

Piemēram, NaCl = Na + + Cl -

Uz katoda: Na + + ē = Na veidojas metālisks nātrijs (vispārējā gadījumā metāls, kas ir sāls daļa)

Uz anoda: 2Cl - - 2ē \u003d Cl 2 veidojas gāzveida hlors (vispārējā gadījumā halogēns, kas ir daļa no skābes atlikuma - izņemot fluoru - vai sērs)

Apskatīsim procesus, kas notiek elektrolītu šķīdumu elektrolīzes laikā.

Uz elektrodiem notiekošos procesus nosaka standarta elektrodu potenciāla vērtība un elektrolīta koncentrācija (Nernsta vienādojums). Skolas kursā netiek ņemta vērā elektroda potenciāla atkarība no elektrolīta koncentrācijas un netiek izmantotas standarta elektroda potenciāla skaitliskās vērtības. Pietiek, lai studenti zinātu, ka metālu elektroķīmiskās intensitātes rindā (metālu aktivitāšu rindā) pāra Me + n / Me standarta elektrodu potenciāla vērtība:

1. palielinās no kreisās puses uz labo
2. metāliem rindā līdz ūdeņradim ir negatīva nozīmešī vērtība
3. ūdeņradis, ja tas tiek samazināts reakcijas rezultātā 2H + + 2ē \u003d H 2, (t.i. no skābēm) ir nulles standarta elektroda potenciāla vērtība
4. metāliem rindā pēc ūdeņraža ir šī daudzuma pozitīva vērtība

! ūdeņradis reducēšanas laikā atbilstoši reakcijai:

2H 2 O + 2ē \u003d 2OH - + H2, (t.i. no ūdens neitrālā vidē) ir negatīva standarta elektroda potenciāla vērtība -0,41

Anoda materiāls var būt šķīstošs (dzelzs, hroms, cinks, varš, sudrabs un citi metāli) un nešķīstošs - inerts - (ogles, grafīts, zelts, platīns), tāpēc šķīdumā būs joni, kas veidojas, anodam izšķīdinot:

Es - nē = Es + n

Iegūtie metālu joni atradīsies elektrolīta šķīdumā, un būs jāņem vērā arī to elektroķīmiskā aktivitāte.

Pamatojoties uz to, procesiem, kas notiek pie katoda, var definēt šādus noteikumus:

1. Elektrolīta katjons atrodas elektroķīmiskajā virknē metāla spriegumiem līdz alumīnijam ieskaitot, notiek ūdens samazināšanas process:

2H 2 O + 2ē \u003d 2OH -+H2

Metāla katjoni paliek šķīdumā, katoda telpā

2. Elektrolīta katjons atrodas starp alumīniju un ūdeņradi, atkarībā no elektrolīta koncentrācijas notiek vai nu ūdens reducēšanās vai metālu jonu reducēšanās process. Tā kā uzdevumā koncentrācija nav norādīta, tiek reģistrēti abi iespējamie procesi:

2H 2 O + 2ē \u003d 2OH -+H2

Es + n + nē = Es

3. elektrolīta katjons - tie ir ūdeņraža joni, t.i. elektrolīts ir skābe. Ūdeņraža joni tiek atjaunoti:

2H + + 2ē \u003d H 2

4. Elektrolīta katjons atrodas pēc ūdeņraža, metālu katjoni tiek reducēti.

Es + n + nē = Es

Process pie anoda ir atkarīgs no anoda materiāla un anjona rakstura.

1. Ja anods ir izšķīdis (piemēram, dzelzs, cinks, varš, sudrabs), tad anoda metāls tiek oksidēts.

Es - nē = Es + n

2. Ja anods ir inerts, t.i. nešķīstošs (grafīts, zelts, platīns):

a) anoksskābju (izņemot fluorīdus) sāļu šķīdumu elektrolīzes laikā anjons tiek oksidēts;

2Cl - - 2ē \u003d Cl 2

2Br - - 2ē \u003d Br 2

2I - - 2ē \u003d I 2

S2 - - 2ē = S

b) Sārmu šķīdumu elektrolīzes laikā notiek hidroksogrupas OH oksidācijas process - :

4OH - - 4ē \u003d 2H 2O + O 2

c) Skābekli saturošu skābju sāļu: HNO 3, H 2 SO 4, H 2 CO 3, H 3 PO 4 un fluorīdu šķīdumu elektrolīzes laikā ūdens tiek oksidēts.

2H 2 O - 4ē \u003d 4H + + O 2

d) acetātu (etiķskābes vai etānskābes sāļu) elektrolīzes laikā acetāta jons tiek oksidēts par etānu un oglekļa monoksīdu (IV) - oglekļa dioksīdu.

2SN 3 SOO - - 2ē \u003d C 2 H 6 + 2CO 2

Uzdevumu piemēri.

1. Izveidojiet atbilstību starp sāls formulu un produktu, kas veidojas uz inerta anoda tā ūdens šķīduma elektrolīzes laikā.

SĀLS FORMULA

A) NiSO 4

B) NaClO 4

B) LiCl

D) RbBr

PRODUKTS UZ ANODA

1) S 2) SO 2 3) Cl 2 4) O 2 5) H 2 6) Br 2

Risinājums:

Tā kā uzdevumā ir norādīts inertais anods, mēs ņemam vērā tikai izmaiņas, kas rodas ar skābiem atlikumiem, kas veidojas sāļu disociācijas laikā:

SO 4 2 - skābekli saturošas skābes skābes atlikums. Ūdens oksidējas un izdalās skābeklis. 4. atbilde

ClO4 - skābekli saturošas skābes skābes atlikums. Ūdens oksidējas un izdalās skābeklis. 4. atbilde.

Cl - skābekli nesaturošas skābes skābes atlikums. Notiek paša skābes atlikuma oksidēšanās process. Izdalās hlors. 3. atbilde.

Br - skābekli nesaturošas skābes skābes atlikums. Notiek paša skābes atlikuma oksidēšanās process. Broms izdalās. 6. atbilde.

Vispārējā atbilde: 4436

2. Izveidojiet atbilstību starp sāls formulu un produktu, kas veidojas uz katoda tā ūdens šķīduma elektrolīzes laikā.

SĀLS FORMULA

A) Al (NO 3) 3

B) Hg (NO 3) 2

B) Cu (NO 3) 2

D) NaNO 3

PRODUKTS UZ ANODA

1) ūdeņradis 2) alumīnijs 3) dzīvsudrabs 4) varš 5) skābeklis 6) nātrijs

Risinājums:

Tā kā uzdevumā ir norādīts katods, mēs ņemam vērā tikai izmaiņas, kas rodas ar metālu katjoniem, kas veidojas sāļu disociācijas laikā:

Al 3+ atbilstoši alumīnija novietojumam metāla spriegumu elektroķīmiskajā sērijā (no sērijas sākuma līdz alumīnijam ieskaitot), ūdens samazināšanas process turpināsies. Izdalās ūdeņradis. 1. atbilde.

Hg2+ atbilstoši dzīvsudraba novietojumam (pēc ūdeņraža) notiks dzīvsudraba jonu reducēšanās process. Veidojas dzīvsudrabs. 3. atbilde.

Cu2+ saskaņā ar vara stāvokli (pēc ūdeņraža) turpināsies vara jonu reducēšanās process. 4. atbilde.

Na+ atbilstoši nātrija stāvoklim (no sērijas sākuma līdz alumīnijam ieskaitot), ūdens samazināšanas process turpināsies. 1. atbilde.

Vispārīgā atbilde: 1341

Kas ir elektrolīze? Lai vienkāršāk saprastu atbildi uz šo jautājumu, iedomāsimies jebkuru līdzstrāvas avotu. Katram līdzstrāvas avotam vienmēr var atrast pozitīvo un negatīvo polu:

Pieslēgsim tai divas ķīmiski izturīgas elektriski vadošas plāksnes, kuras sauksim par elektrodiem. Plāksni, kas savienota ar pozitīvo polu, sauc par anodu, un ar negatīvo polu sauc par katodu:

Nātrija hlorīds ir elektrolīts; kad tas kūst, tas sadalās nātrija katjonos un hlorīda jonos:

NaCl \u003d Na + + Cl -

Acīmredzami, ka negatīvi lādētie hlora anjoni nonāks pozitīvi lādētā elektrodā - anoda, bet pozitīvi lādētie Na + katjoni - uz negatīvi lādētu elektrodu - katodu. Tā rezultātā tiks izvadīti gan Na + katjoni, gan Cl - anjoni, tas ir, tie kļūs par neitrāliem atomiem. Izlāde notiek, iegūstot elektronus Na + jonu gadījumā un elektronu zudumu Cl - jonu gadījumā. Tas ir, process notiek pie katoda:

Na + + 1e − = Na 0 ,

Un uz anoda:

Cl − − 1e − = Cl

Tā kā katram hlora atomam ir nepāra elektrons, to viena eksistence ir nelabvēlīga un hlora atomi apvienojas divu hlora atomu molekulā:

Сl∙ + ∙Cl \u003d Cl 2

Tādējādi kopumā process, kas notiek pie anoda, ir pareizāk uzrakstīts šādi:

2Cl - - 2e - = Cl 2

Tas ir, mums ir:

Katods: Na + + 1e - = Na 0

Anods: 2Cl - - 2e - = Cl 2

Apkoposim elektronisko bilanci:

Na + + 1e − = Na 0 |∙2

2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1<

Pievienojiet abu vienādojumu kreiso un labo pusi pusreakcijas, mēs iegūstam:

2Na + + 2e - + 2Cl - - 2e - = 2Na 0 + Cl 2

Mēs reducējam divus elektronus tādā pašā veidā, kā tas tiek darīts algebrā, iegūstam elektrolīzes jonu vienādojumu:

2NaCl (l.) => 2Na + Cl 2

No teorētiskā viedokļa iepriekš aplūkotais gadījums ir vienkāršākais, jo nātrija hlorīda kausējumā starp pozitīvi lādētajiem joniem bija tikai nātrija joni, bet starp negatīvajiem - tikai hlora anjoni.

Citiem vārdiem sakot, ne Na + katjoniem, ne Cl - anjoniem nebija "konkurentu" attiecībā uz katodu un anodu.

Un kas notiks, piemēram, ja nātrija hlorīda kausējuma vietā caur tā ūdens šķīdumu tiks laista strāva? Šajā gadījumā tiek novērota arī nātrija hlorīda disociācija, bet metāliskā nātrija veidošanās ūdens šķīdumā kļūst neiespējama. Galu galā mēs zinām, ka nātrijs, sārmu metālu pārstāvis, ir ārkārtīgi aktīvs metāls, kas ļoti spēcīgi reaģē ar ūdeni. Ja nātriju šādos apstākļos nevar reducēt, tad kas tiks reducēts pie katoda?

Atcerēsimies ūdens molekulas uzbūvi. Tas ir dipols, tas ir, tam ir negatīvs un pozitīvais pols:

Pateicoties šai īpašībai, tas spēj “pieķerties” gan katoda virsmai, gan anoda virsmai:

Var notikt šādi procesi:

2H2O + 2e - \u003d 2OH - + H2

2H 2O - 4e - \u003d O 2 + 4H+

Tādējādi izrādās, ka, ja mēs apsvērsim jebkura elektrolīta šķīdumu, mēs redzēsim, ka katjoni un anjoni, kas veidojas elektrolīta disociācijas laikā, sacenšas ar ūdens molekulām par reducēšanu pie katoda un oksidēšanu pie anoda.

Tātad, kādi procesi notiks pie katoda un pie anoda? Elektrolīta disociācijas vai ūdens molekulu oksidēšanās/reducēšanās laikā radušos jonu izlāde? Vai varbūt visi šie procesi notiks vienlaikus?

Atkarībā no elektrolīta veida tā ūdens šķīduma elektrolīzes laikā ir iespējamas dažādas situācijas. Piemēram, sārmu, sārmzemju metālu, alumīnija un magnija katjonus vienkārši nav iespējams reducēt ūdens vidē, jo to reducēšanas rezultātā būtu jārada attiecīgi sārmi, sārmzemju metāli, alumīnijs vai magnijs. metāli, kas reaģē ar ūdeni.

Šajā gadījumā ir iespējama tikai ūdens molekulu samazināšana pie katoda.

Var atcerēties, kāds process notiks uz katoda jebkura elektrolīta šķīduma elektrolīzes laikā, ievērojot šādus principus:

1) Ja elektrolīts sastāv no metāla katjona, kas normālos apstākļos brīvā stāvoklī reaģē ar ūdeni, uz katoda notiek šāds process:

2H2O + 2e - \u003d 2OH - + H2

Tas attiecas uz metāliem, kas atrodas Al aktivitāšu sērijas sākumā, ieskaitot.

2) Ja elektrolīts sastāv no metāla katjona, kas brīvā veidā nereaģē ar ūdeni, bet reaģē ar neoksidējošām skābēm, notiek uzreiz divi procesi, gan metāla katjonu, gan ūdens molekulu reducēšanās:

Me n+ + ne = Me 0

Šie metāli aktivitāšu sērijā ietver metālus starp Al un H.

3) Ja elektrolīts sastāv no ūdeņraža katjoniem (skābes) vai metālu katjoniem, kas nereaģē ar neoksidējošām skābēm, tiek atjaunoti tikai elektrolīta katjoni:

2H + + 2e - \u003d H2 - skābes gadījumā

Me n + + ne = Me 0 - sāls gadījumā

Tikmēr pie anoda situācija ir šāda:

1) Ja elektrolīts satur bezskābekļa skābju atlikumu anjonus (izņemot F -), tad to oksidēšanās process notiek pie anoda, ūdens molekulas netiek oksidētas. Piemēram:

2Cl - - 2e \u003d Cl 2

S 2- − 2e = S o

Fluora joni pie anoda netiek oksidēti, jo fluors nespēj veidoties ūdens šķīdumā (reaģē ar ūdeni)

2) Ja elektrolīts satur hidroksīda jonus (sārmus), tie tiek oksidēti ūdens molekulu vietā:

4OH - - 4e - \u003d 2H 2O + O 2

3) Ja elektrolīts satur skābekli saturošu skābes atlikumu (izņemot organiskās skābes atlikumus) vai fluora jonu (F -) uz anoda, notiek ūdens molekulu oksidēšanās process:

2H 2O - 4e - \u003d O 2 + 4H+

4) Ja uz anoda ir skābs karbonskābes atlikums, notiek šāds process:

2RCOO - - 2e - \u003d R-R + 2CO 2

Praktizēsim elektrolīzes vienādojumu rakstīšanu dažādām situācijām:

1. piemērs

Uzrakstiet vienādojumus procesiem, kas notiek uz katoda un anoda cinka hlorīda kausējuma elektrolīzes laikā, kā arī vispārējo elektrolīzes vienādojumu.

Risinājums

Kad cinka hlorīds tiek izkausēts, tas sadalās:

ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -

Turklāt jāpievērš uzmanība tam, ka elektrolīzi veic cinka hlorīda kausējums, nevis ūdens šķīdums. Citiem vārdiem sakot, bez iespējām katodā var notikt tikai cinka katjonu reducēšana, bet anoda - hlorīda jonu oksidēšana. nav ūdens molekulu

Katods: Zn 2+ + 2e − = Zn 0 |∙1

Anods: 2Cl − − 2e − = Cl 2 |∙1

ZnCl 2 \u003d Zn + Cl 2

2. piemērs

Uzrakstiet vienādojumus procesiem, kas notiek uz katoda un anoda cinka hlorīda ūdens šķīduma elektrolīzes laikā, kā arī vispārējo elektrolīzes vienādojumu.

Tā kā šajā gadījumā ūdens šķīdums tiek pakļauts elektrolīzei, tad teorētiski elektrolīzē var piedalīties ūdens molekulas. Tā kā cinks atrodas aktivitāšu virknē starp Al un H, tas nozīmē, ka katodā notiks gan cinka katjonu, gan ūdens molekulu samazināšanās.

2H2O + 2e - \u003d 2OH - + H2

Zn 2+ + 2e − = Zn 0

Hlorīda jons ir bezskābekļa skābes HCl skābais atlikums, tāpēc konkurencē par oksidēšanos pie anoda hlorīda joni “uzvar” ūdens molekulas:

2Cl - - 2e - = Cl 2

Šajā konkrēts gadījums nav iespējams uzrakstīt kopējo elektrolīzes vienādojumu, jo nav zināma katoda izdalītā ūdeņraža un cinka attiecība.

3. piemērs

Uzrakstiet vienādojumus procesiem, kas notiek pie katoda un anoda vara nitrāta ūdens šķīduma elektrolīzes laikā, kā arī vispārējo elektrolīzes vienādojumu.

Vara nitrāts šķīdumā ir disociētā stāvoklī:

Cu(NO 3) 2 \u003d Cu 2+ + 2NO 3 -

Varš atrodas aktivitāšu sērijā pa labi no ūdeņraža, tas ir, vara katjoni tiks samazināti pie katoda:

Cu 2+ + 2e − = Cu 0

Nitrātu jons NO 3 - ir skābekli saturošs skābes atlikums, kas nozīmē, ka oksidējoties pie anoda, nitrātu joni “zaudē” konkurencē ar ūdens molekulām:

2H 2O - 4e - \u003d O 2 + 4H+

Pa šo ceļu:

Katods: Cu 2+ + 2e − = Cu 0 |∙2

2Cu 2+ + 2H 2O = 2Cu 0 + O 2 + 4H +

Saskaitīšanas rezultātā iegūtais vienādojums ir elektrolīzes jonu vienādojums. Lai iegūtu pilnīgu molekulārās elektrolīzes vienādojumu, iegūtā jonu vienādojuma kreisajā un labajā pusē kā pretjonus jāpievieno 4 nitrātu joni. Tad mēs iegūsim:

2Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O = 2 Cu 0 + O 2 + 4HNO 3

4. piemērs

Uzrakstiet vienādojumus procesiem, kas notiek pie katoda un anoda kālija acetāta ūdens šķīduma elektrolīzes laikā, kā arī vispārīgo elektrolīzes vienādojumu.

Risinājums:

Kālija acetāts ūdens šķīdumā sadalās kālija katjonos un acetāta jonos:

CH 3 COOK \u003d CH 3 COO − + K +

Kālijs ir sārmu metāls, t.i. pašā sākumā atrodas elektroķīmiskajā spriegumu sērijā. Tas nozīmē, ka tā katjonus nevar izlādēt pie katoda. Tā vietā tiks atjaunotas ūdens molekulas:

2H2O + 2e - \u003d 2OH - + H2

Kā minēts iepriekš, karbonskābju skābes atlikumi “uzvar” konkursā par oksidēšanos no ūdens molekulām pie anoda:

2CH 3 COO - - 2e - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2

Tādējādi, summējot elektronisko līdzsvaru un saskaitot divus pusreakciju vienādojumus pie katoda un anoda, mēs iegūstam:

Katods: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙1

Anods: 2CH 3 COO - - 2e - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2 | ∙ 1

2H 2 O + 2CH 3 COO - \u003d 2OH - + H 2 + CH 3 - CH 3 + 2CO 2

Mēs esam ieguvuši pilnu elektrolīzes vienādojumu jonu formā. Pievienojot divus kālija jonus vienādojuma kreisajā un labajā pusē un pievienojot tos ar pretjoniem, mēs iegūstam pilnu elektrolīzes vienādojumu molekulārā formā:

2H 2O + 2CH 3 COOK \u003d 2KOH + H2 + CH 3 -CH 3 + 2CO 2

Piemērs #5

Uzrakstiet vienādojumus procesiem, kas notiek pie katoda un anoda sērskābes ūdens šķīduma elektrolīzes laikā, kā arī vispārējo elektrolīzes vienādojumu.

Sērskābe sadalās ūdeņraža katjonos un sulfāta jonos:

H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-

Ūdeņraža katjoni H + tiks reducēti pie katoda, un ūdens molekulas tiks oksidētas pie anoda, jo sulfātu joni ir skābekli saturoši skābes atlikumi:

Katods: 2Н + + 2e − = H 2 |∙2

Anods: 2H 2O - 4e - = O 2 + 4H + |∙1

4H++2H2O \u003d 2H2+O2+4H+

Samazinot ūdeņraža jonus vienādojuma kreisajā un labajā un kreisajā pusē, iegūstam sērskābes ūdens šķīduma elektrolīzes vienādojumu:

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2

Kā redzams, sērskābes ūdens šķīduma elektrolīze tiek reducēta līdz ūdens elektrolīzei.

Piemērs #6

Uzrakstiet vienādojumus procesiem, kas notiek pie katoda un anoda nātrija hidroksīda ūdens šķīduma elektrolīzes laikā, kā arī vispārīgo elektrolīzes vienādojumu.

Nātrija hidroksīda disociācija:

NaOH = Na + + OH -

Katodā tiks reducētas tikai ūdens molekulas, jo nātrijs ir ļoti aktīvs metāls, bet pie anoda ir tikai hidroksīda joni:

Katods: 2H 2 O + 2e − = 2OH − + H 2 |∙2

Anods: 4OH − − 4e − = O 2 + 2H 2 O |∙1

4H2O + 4OH - \u003d 4OH - + 2H2 + O2 + 2H2O

Reducēsim divas ūdens molekulas kreisajā un labajā pusē un 4 hidroksīda jonus un nonāksim pie secinājuma, ka, tāpat kā sērskābes gadījumā, nātrija hidroksīda ūdens šķīduma elektrolīze tiek reducēta līdz ūdens elektrolīzei.

6. tēma "Šķīdumu un sāls kausējumu elektrolīze"
1. Elektrolīze ir redoksprocess, kas notiek uz elektrodiem, kad elektriskā strāva tiek izlaista caur elektrolīta šķīdumu vai kausējumu.
2. Katods - negatīvi lādēts elektrods. Notiek metāla un ūdeņraža katjonu (skābēs) vai ūdens molekulu reducēšana.
3. Anods - pozitīvi lādēts elektrods. Notiek skābes atlikuma un hidroksilgrupas anjonu oksidēšanās (sārmos).
4. Sāls šķīduma elektrolīzes laikā reakcijas maisījumā atrodas ūdens. Tā kā ūdenim var būt gan oksidējošas, gan reducējošas īpašības, tas ir "konkurents" gan katoda, gan anoda procesos.
5. Notiek elektrolīze ar inertiem elektrodiem (grafīts, ogleklis, platīns) un aktīvo anodu (šķīstošs), kā arī kausējumu un elektrolītu šķīdumu elektrolīze.
KATOD PROCESI
Ja metāls atrodas spriegumu virknē:
Metāla pozīcija spriegumu virknē
Atgūšana pie katoda
no Li līdz Al
Ūdens molekulas tiek reducētas: 2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
Mn līdz Pb
Tiek atjaunotas gan ūdens molekulas, gan metāla katjoni:
2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
Vīrieši+ + ne- → Es0
no Cu līdz Au
Metālu katjoni tiek samazināti: Men+ + ne- → Me0
ANODIE PROCESI
skābes atlikums
Asm-
Anods
Šķīstošs
(dzelzs, cinks, varš, sudrabs)
Nešķīstošs
(grafīts, zelts, platīns)
bezskābekļa
Anoda metāla oksidēšana
М0 – ne- = Mn+
anoda šķīdums
Anjonu oksidēšana (izņemot F-)
Acm- - me- = Ac0
Skābekli saturošs
Fluorīds — jons (F-)
Skābā un neitrālā vidē:
2 H2O - 4e- → O20 + 4H+
Sārmainā vidē:
4OH- - 4e- \u003d O20 + 2H2O
Kausējuma elektrolīzes procesu piemēri ar inertiem elektrodiem
Elektrolīta kausējumā ir tikai tā joni, tāpēc pie katoda tiek reducēti elektrolīta katjoni, bet pie anoda tiek oksidēti anjoni.
1. Apsveriet kālija hlorīda kausējuma elektrolīzi.
Termiskā disociācija KCl → K+ + Cl-
K(-) K+ + 1e- → K0
A (+) 2Cl- - 2e- → Cl02
Kopsavilkuma vienādojums:
2KCl → 2K0 + Cl20
2. Apsveriet kalcija hlorīda kausējuma elektrolīzi.
Termiskā disociācija CaCl2 → Ca2+ + 2Cl-
K(-) Ca2+ + 2e- → Ca0
A (+) 2Cl- - 2e- → Cl02
Kopsavilkuma vienādojums:
CaCl2 → Ca0 + Cl20
3. Apsveriet kālija hidroksīda kausējuma elektrolīzi.
KOH → K+ + OH- termiskā disociācija
K(-) K+ + 1e- → K0
A (+) 4OH- - 4e- → O20 + 2H2O
Kopsavilkuma vienādojums:
4KOH → 4K0 + O20 + 2H2O
Elektrolītu šķīdumu elektrolīzes procesu piemēri ar inertiem elektrodiem
Atšķirībā no kausējumiem, elektrolīta šķīdumā papildus tā joniem ir arī ūdens molekulas. Tāpēc, apsverot procesus uz elektrodiem, ir jāņem vērā to līdzdalība. Sāls šķīduma elektrolīze, ko veido aktīvs metāls, kas atrodas virknē spriegumu līdz alumīnijam un skābekli saturošas skābes skābam atlikumam, tiek reducēta līdz ūdens elektrolīzei. 1. Apsveriet magnija sulfāta ūdens šķīduma elektrolīzi. MgSO4 ir sāls, ko veido metāls, kas atrodas virknē spriegumu līdz alumīnijam un skābekli saturošam skābes atlikumam. Disociācijas vienādojums: MgSO4 → Mg2+ + SO42- K (-) 2H2O + 2e- \u003d H20 + 2OH- A ​​(+) 2H2O - 4e- \u003d O20 + 4H + Kopējais vienādojums: 6H2O + 4H2 +03 d \u00 O20 + 4H + 2H2O \u003d 2H20 + O20 2. Apsveriet vara (II) sulfāta ūdens šķīduma elektrolīzi. СuSO4 ir sāls, ko veido zemas aktivitātes metāls un skābekli saturošs skābes atlikums. Šajā gadījumā elektrolīzes rezultātā rodas metāls, skābeklis, un katoda-anoda telpā veidojas atbilstošā skābe. Disociācijas vienādojums: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Kopsavilkuma vienādojums: 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu0 + O20 + 4H2O + 2Cu0 + 2Cu2SO4 + 2Cu2SO4 + 2Н2SO4
3. Apsveriet kalcija hlorīda ūdens šķīduma elektrolīzi. CaCl2 ir sāls, ko veido aktīvs metāls un skābekli nesaturošs skābes atlikums. Šajā gadījumā elektrolīzes laikā veidojas ūdeņradis, halogēns, katoda-anoda telpā veidojas sārmi. Disociācijas vienādojums: CaCl2 → Ca2+ + 2Cl- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A ​​(+) 2Cl- – 2e- = Cl20 Kopsavilkuma vienādojums: 2H2O + 2Cl- = Cl20 + 2OH- CaH2O2 = Ca (OH)2 + Cl20 + H20 4. Aplūkosim vara (II) hlorīda ūdens šķīduma elektrolīzi. CuCl2 ir sāls, ko veido metāls ar zemu aktivitāti un skābekli nesaturošas skābes skābs atlikums. Šajā gadījumā veidojas metāls un halogēns. Disociācijas vienādojums: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2Cl- – 2e- = Cl20 Kopsavilkuma vienādojums: Cu2+ + 2Cl- = Cu0 + Cl20 CuCl2 = Cu0 + Cl20 5. nātrija acetāta šķīduma procesa elektrolīze. CH3COOHa ir sāls, ko veido aktīvais metāls un karbonskābes skābais atlikums. Elektrolīzes rezultātā rodas ūdeņradis un sārmi. Disociācijas vienādojums: CH3COONa → CH3COO - + Na+ K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A ​​(+) 2CH3COO¯- 2e = C2H6 + 2CO2 Kopsavilkuma vienādojums: 2H2O + 2CH3COO¯ 2 = 6H +2 + 2CO2 2Н2О + 2CH3COONa = 2NaОH + Н20 + C2H6 + 2CO2 6. Aplūkosim niķeļa nitrāta šķīduma elektrolīzes procesu. Ni(NO3)2 ir sāls, ko veido metāls spriegumu diapazonā no Mn līdz H2 un skābekli saturošs skābes atlikums. Šajā procesā mēs iegūstam metālu, ūdeņradi, skābekli un skābi. Disociācijas vienādojums: Ni(NO3)2 → Ni2+ + 2NO3- K (-) Ni2+ +2e- = Ni0 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A ​​(+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Kopējais vienādojums: Ni2+ + 2H2O + 2H2O = Ni0 + H20 + 2OH- + O20 + 4H+ Ni(NO3)2 + 2H2O = Ni0 + 2HNO3 + H20 + O20 7. Aplūkosim sērskābes šķīduma elektrolīzes procesu. Disociācijas vienādojums: H2SO4 → 2H+ + SO42- K (-) 2H+ + 2e- = H20 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Kopējais vienādojums: 2H2O + 4H+ = 2H20 + O20 + 4H + O2 H20 + 2 H2
8. Apsveriet nātrija hidroksīda šķīduma elektrolīzes procesu. Šajā gadījumā notiek tikai ūdens elektrolīze. Līdzīgi notiek arī H2SO4, NaNO3, K2SO4 uc šķīdumu elektrolīze Disociācijas vienādojums: NaOH → Na+ + OH- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A(+) 4OH- – 4e- = O20 + 2H2O Kopējais vienādojums: 4H2O + 4OH- = 2H20 + 4OH- + O20 + 2H2O 2H2O = 2H20 + O20
Elektrolītu šķīdumu elektrolīzes procesu piemēri ar šķīstošiem elektrodiem
Šķīstošais anods elektrolīzes laikā tiek oksidēts (šķīst). 1. Apsveriet vara sulfāta (II) elektrolīzes procesu ar vara anodu. Vara sulfāta šķīduma elektrolīzes laikā ar vara anodu process tiek samazināts līdz vara izdalīšanai katodam un pakāpeniskai anoda izšķīšanai, neskatoties uz anjona raksturu. Vara sulfāta daudzums šķīdumā paliek nemainīgs. Disociācijas vienādojums: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ +2e- → Cu0 A (+) Cu0 - 2e- → Cu2+ vara jonu pāreja no anoda uz katodu
Uzdevumu piemēri par šo tēmu USE opcijās
3. plkst. (Var.5)
Izveidot atbilstību starp vielas formulu un tās ūdens šķīduma elektrolīzes produktiem uz inertiem elektrodiem.
VIELU ELEKTROLĪZES PRODUKTU FORMULA
A) Al2(SO4)3 1. metāla hidroksīds, skābe
B) СsOH 2. metāls, halogēns
C) Hg(NO3)2 3. metāls, skābeklis
D) AuBr3 4. ūdeņradis, halogēns 5. ūdeņradis, skābeklis 6. metāls, skābe, skābeklis Arguments: 1. Al2(SO4)3 un CsOH elektrolīzes laikā uz katoda ūdens tiek reducēts līdz ūdeņradim. Mēs izslēdzam 1., 2., 3. un 6. variantu. 2. Al2(SO4)3 gadījumā ūdens pie anoda tiek oksidēts līdz skābeklim. Mēs izvēlamies 5. opciju. CsOH gadījumā hidroksīda jons tiek oksidēts par skābekli pie anoda. Izvēlamies 5. variantu. 3. Hg(NO3)2 un АuBr3 elektrolīzes laikā uz katoda tiek reducēti metāla katjoni. 4. Hg(NO3)2 ūdens oksidējas pie anoda. Nitrātu joni šķīdumā saistās ar ūdeņraža katjoniem, veidojot slāpekļskābi anoda telpā. Izvēlamies 6. variantu. 5. АuBr3 Br-anjons tiek oksidēts pie anoda līdz Br2. Izvēlamies 2. variantu.
BET
B
AT
G
5
5
6
2
3. plkst. (Var.1)
Izveidojiet atbilstību starp vielas nosaukumu un tās iegūšanas metodi.
VIELAS NOSAUKUMS RAŽOŠANA AR ELEKTROLĪZI A) litijs 1) LiF šķīdums B) fluors 2) LiF kausējums C) sudrabs 3) MgCl2 šķīdums D) magnijs 4) AgNO3 šķīdums 5) Ag2O kausējums 6) MgCl2 kausējums Arguments: 1. Līdzīgi kā nātrija hlorīda kausējuma elektrolīze, turpinās litija fluorīda kausējuma elektrolīzes process. A un B variantiem izvēlieties 2. atbildes. 2. Sudrabu var atjaunot no tā sāls – sudraba nitrāta šķīduma. 3. Magniju nevar atjaunot no sāls šķīduma. Izvēlamies 6. variantu – magnija hlorīda kausējumu.
BET
B
AT
G
2
2
4
6
3. plkst. (Var.9)
Izveidojiet atbilstību starp sāls formulu un procesa vienādojumu, kas notiek uz katoda tā ūdens šķīduma elektrolīzes laikā.
KATODA PROCESA SĀLS FORMULAS VIENĀDĀJUMS
A) Al(NO3)3 1) 2H2O – 4e- → O2 + 4H+
B) CuCl2 2) 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
C) SbCl3 3) Cu2+ + 1e- → Cu+
D) Cu(NO3)2 4) Sb3+ - 2 e- → Sb5+ 5) Sb3+ + 3e- → Sb0
6) Cu2+ + 2e- → Cu0
Spriešanas gaita: 1. Uz katoda notiek metāla vai ūdens katjonu reducēšanās procesi. Tāpēc uzreiz izslēdzam 1. un 4. variantu. 2. Al(NO3)3: pie katoda notiek ūdens samazināšanas process. Izvēlieties 2. opciju. 3. CuCl2: Cu2+ metāla katjoni tiek samazināti. Izvēlieties 6. opciju. 4. SbCl3: tiek samazināti Sb3+ metāla katjoni. Izvēlieties 5. opciju. 5. Cu(NO3)2: Cu2+ metāla katjoni tiek samazināti. Izvēlamies 6. variantu.
BET
B
AT
G
2