На аноде будет окисляться кислород в составе гидроксид-группы:
Электролиз расплавов солей
1. Электролиз расплава бескислородной соли:
На катоде всегда восстанавливается металл: Me n+ +ne — = Me 0
На аноде окисляется бескислородный анион: A n- — ne — = A 0
Электролиз расплава NaCl: 2NaCl = 2Na + Cl2
2. Электролиз расплава кислородсодержащей соли (элемент аниона не в высшей степени окисления):
На катоде всегда восстанавливается металл: Me n+ +ne — = Me 0
На аноде будет окисляться элемент аниона: SO3 2- — 2e — = SO3
Например, электролиз расплава сульфита натрия:
S в сульфите имеет степень окисления +4, при электролизе она окисляется до +6 — SO3
3. Электролиз расплава кислородсодержащей соли (элемент аниона в высшей степени окисления):
На катоде все без изменений 🙂
На аноде — т.к. элемент уже в высшей степени окисления, то окисляться будет кислород:
Например, электролиз расплава карбоната натрия:
Важно понимать, что эти реакции не идут сами по себе. Их протекание возможно только при действии электрического тока.
Видео:Делаю электролиз раствора нитрата калия при помощи модуля НПО УнитехСкачать
Электролиз растворов и расплавов солей (2 ч)
Цели первого урока: научить писать схемы электролиза растворов и расплавов солей и применять полученные знания для решения расчетных задач; продолжить формирование навыков работы с учебником, тестовыми материалами; обсудить применение электролиза в народном хозяйстве.
П л а н п е р в о г о у р о к а
1. Повторение изученных способов получения металлов.
2. Объяснение нового материала.
3. Решение задач из учебника Г.Е.Рудзитиса, Ф.Г.Фельдмана «Химия-9» (М.: Просвещение, 2002), с. 120, № 1, 2.
4. Проверка усвоения знаний на тестовых заданиях.
5. Сообщение о применении электролиза.
Цели первого урока: научить писать схемы электролиза растворов и расплавов солей и применять полученные знания для решения расчетных задач; продолжить формирование навыков работы с учебником, тестовыми материалами; обсудить применение электролиза в народном хозяйстве.
ХОД ПЕРВОГО УРОКА
Повторение изученных способов получения металлов на примере получения меди из оксида меди(II).
Запись уравнений соответствующих реакций:
Еще один способ получения металлов из растворов и расплавов их солей – электрохимический, или электролиз.
Электролиз – это окислительно-восстановительный процесс, происходящий на электродах при пропускании электрического тока через расплав или раствор электролита.
Электролиз расплава хлорида натрия:
NaCl Na + + Cl – ;
катод (–) (Na + ): Na + + е = Na 0 ,
анод (–) (Cl – ): Cl – – е = Cl 0 , 2Cl 0 = Cl2;
2NaCl = 2Na + Cl2.
Электролиз раствора хлорида натрия:
NaCl Na + + Cl – ,
H2O Н + + ОН – ;
катод (–) (Na + ; Н + ): H + + е = H 0 , 2H 0 = H2
Эти три примера показывают, почему электролиз проводить выгоднее, чем осуществлять другие способы получения металлов: получаются металлы, гидроксиды, кислоты, газы.
Мы писали схемы электролиза, а теперь попробуем написать сразу уравнения электролиза, не обращаясь к схемам, а только используя шкалу активности ионов:
Примеры уравнений электролиза:
2HgSO4 + 2H2O = 2Hg + O2+ 2H2SO4;
Na2SO4 + 2H2O = Na2SO4 + 2H2+ O2;
2LiCl + 2H2O = 2LiOH + H2+ Cl2.
Решение задач из учебника Г.Е.Рудзитиса и Ф.Г.Фельдмана (9-й класс, с. 120, № 1, 2).
Задача 1. При электролизе раствора хлорида меди(II) масса катода увеличилась на 8 г. Какой газ выделился, какова его масса?
CuCl2 + H2O = Cu + Cl2+ H2O,
(Cu) = 8/64 = 0,125 моль,
(Cu) = (Сl2) = 0,125 моль,
Ответ. Газ – хлор массой 8,875 г.
Задача 2. При электролизе водного раствора нитрата серебра выделилось 5,6 л газа. Сколько граммов металла отложилось на катоде?
4AgNO3 + 2H2O = 4Ag + O2+ 4HNO3,
(O2) = 5,6/22,4 = 0,25 моль,
(Ag) = 4(O2) = 4•25 = 1 моль,
m(Ag) = 1•107 = 107 г.
Ответ. 107 г серебра.
Тестирование
Вариант 1
1. При электролизе раствора гидроксида калия на катоде выделяется:
а) водород; б) кислород; в) калий.
2. При электролизе раствора сульфата меди(II) в растворе образуется:
а) гидроксид меди(II);
б) серная кислота;
3. При электролизе раствора хлорида бария на аноде выделяется:
а) водород; б) хлор; в) кислород.
4. При электролизе расплава хлорида алюминия на катоде выделяется:
а) алюминий; б) хлор;
в) электролиз невозможен.
5. Электролиз раствора нитрата серебра протекает по следующей схеме:
а) AgNO3 + H2O Ag + Н2+ HNO3;
б) AgNO3 + H2O Ag + О2+ HNO3;
в) AgNO3 + H2O AgNO3 + Н2+ О2.
Вариант 2
1. При электролизе раствора гидроксида натрия на аноде выделяется:
а) натрий; б) кислород; в) водород.
2. При электролизе раствора сульфида натрия в растворе образуется:
а) сероводородная кислота;
б) гидроксид натрия;
3. При электролизе расплава хлорида ртути(II) на катоде выделяется:
а) ртуть; б) хлор; в) электролиз невозможен.
4. При электролизе раствора нитрата серебра на катоде выделяется:
а) серебро; б) водород; в) кислород.
5. Электролиз раствора нитрата ртути(II) протекает по следующей схеме:
а) Hg(NO3)2 + H2O Hg + Н2+ HNO3;
б) Hg(NO3)2 + H2O Hg + О2+ HNO3;
в) Hg(NO3)2 + H2O Hg(NO3)2 + Н2+ О2.
Вариант 3
1. При электролизе раствора нитрата меди(II) на катоде выделяется:
а) медь; б) кислород; в) водород.
2. При электролизе раствора бромида лития в растворе образуется:
б) бромоводородная кислота;
в) гидроксид лития.
3. При электролизе расплава хлорида серебра на катоде выделяется:
а) серебро; б) хлор; в) электролиз невозможен.
4. При электролизе раствора хлорида алюминия алюминий выделяется на:
а) катоде; б) аноде; в) остается в растворе.
5. Электролиз раствора бромида бария протекает по следующей схеме:
а) BaBr2 + H2O Br2 + Н2+ Ba(OH)2;
б) BaBr2 + H2O Br2 + Ba + H2O;
в) BaBr2 + H2O Br2 + О2+ Ba(OH)2.
Вариант 4
1. При электролизе раствора гидроксида бария на аноде выделяется:
а) водород; б) кислород; в) барий.
2. При электролизе раствора йодида калия в растворе образуется:
а) йодоводородная кислота;
б) вода; в) гидроксид калия.
3. При электролизе расплава хлорида свинца(II) на катоде выделяется:
а) свинец; б) хлор; в) электролиз невозможен.
4. При электролизе раствора нитрата серебра на катоде выделяется:
а) серебро; б) водород; в) кислород.
5. Электролиз раствора сульфида натрия протекает по следующей схеме:
а) Na2S + H2O S + Н2+ NaOH;
б) Na2S + H2O Н2+ O2+ Na2S;
в) Na2S + H2O Н2+ Na2S + NaOH.
Вариант
Вопрос 1
Вопрос 2
Вопрос 3
Вопрос 4
Вопрос 5
1
а
б
б
а
б
2
б
б
а
а
б
3
а
в
а
в
а
4
б
в
а
а
а
Применение электролиза в народном хозяйстве
1. Для защиты металлических изделий от коррозии на их поверхность наносят тончайший слой другого металла: хрома, серебра, золота, никеля и т.д. Иногда, чтобы не расходовать дорогие металлы, производят многослойное покрытие. Например, внешние детали автомобиля сначала покрывают тонким слоем меди, на медь наносят тонкий слой никеля, а на него – слой хрома.
При нанесении покрытий на металл электролизом они получаются ровными по толщине, прочными. Таким способом можно покрывать изделия любой формы. Эту отрасль прикладной электрохимии называют гальваностегией.
2. Кроме защиты от коррозии гальванические покрытия придают красивый декоративный вид изделиям.
3. Другая отрасль электрохимии, близкая по принципу к гальваностегии, названа гальванопластикой. Это процесс получения точных копий различных предметов. Для этого предмет покрывают воском и получают матрицу. Все углубления копируемого предмета на матрице будут выпуклостями. Поверхность восковой матрицы покрывают тонким слоем графита, делая ее проводящей электрический ток.
Полученный графитовый электрод опускают в ванну с раствором сульфата меди. Анодом служит медь. При электролизе медный анод растворяется, а на графитовом катоде осаждается медь. Таким образом получается точная медная копия.
С помощью гальванопластики изготавливают клише для печати, грампластинки, металлизируют различные предметы. Гальванопластика открыта русским ученым Б.С.Якоби (1838).
Изготовление штампов для грампластинок включает нанесение тончайшего серебряного покрытия на пластмассовую пластинку, чтобы она стала электропроводной. Затем на пластинку наносят электролитическое никелевое покрытие.
Чем следует сделать пластинку в электролитической ванне – анодом или катодом?
(О т в е т. Катодом.)
4. Электролиз используют для получения многих металлов: щелочных, щелочно-земельных, алюминия, лантаноидов и др.
5. Для очистки некоторых металлов от примесей металл с примесями подключают к аноду. Металл растворяется в процессе электролиза и выделяется на металлическом катоде, а примесь остается в растворе.
6. Электролиз находит широкое применение для получения сложных веществ (щелочей, кислородсодержащих кислот), галогенов.
Схема электролиза воды
Цели урока. Провести электролиз воды, показать гальваностегию на практике, закрепить знания, полученные на первом уроке.
Оборудование.На столах учащихся: плоская батарейка, два провода с клеммами, два графитовых электрода, химический стакан, пробирки, штатив с двумя лапками, 3%-й раствор сульфата натрия, спиртовка, спички, лучина.
На столе учителя: то же + раствор медного купороса, латунный ключ, медная трубка (кусок меди).
1. Прикрепить провода клеммами к электродам.
2. Электроды поставить в стакан, чтобы они не соприкасались.
3. Налить в стакан раствор электролита (сульфата натрия).
4. В пробирки налить воды и, опустив их в стакан с электролитом кверху дном, надеть их на графитовые электроды поочередно, закрепив верхний край пробирки в лапке штатива.
5. После того как прибор будет смонтирован, концы проводов прикрепить к батарейке.
6. Наблюдать выделение пузырьков газов: на аноде их выделяется меньше, чем на катоде. После того как в одной пробирке почти вся вода вытеснится выделяющимся газом, а в другой – наполовину, отсоединить провода от батарейки.
7. Зажечь спиртовку, осторожно снять пробирку, где вода почти полностью вытеснилась, и поднести к спиртовке – раздастся характерный хлопок газа.
8. Зажечь лучину. Снять вторую пробирку, проверить тлеющей лучиной газ.
Задания для учащихся
1. Зарисовать прибор.
2. Написать уравнение электролиза воды и пояснить, почему надо было проводить электролиз в растворе сульфата натрия.
3. Написать уравнения реакций, отражающие выделение газов на электродах.
Учительский демонстрационный эксперимент (могут выполнять лучшие ученики класса при наличии соответствующего оборудования)
1. Подсоединить клеммы проводов к медной трубке и латунному ключу.
2. Опустить трубку и ключ в стакан с раствором сульфата меди(II).
3. Подсоединить вторые концы проводов к батарейке: «минус» батарейки к медной трубке, «плюс» к ключу!
4. Наблюдать выделение меди на поверхности ключа.
5. После выполнения эксперимента вначале отсоединить клеммы от батарейки, затем вынуть ключ из раствора.
6. Разобрать схему электролиза с растворимым электродом:
CuSО4 = Сu 2+ +
анод (+): Сu 0 – 2e = Cu 2+ ,
катод (–): Cu 2+ + 2e = Сu 0 .
Суммарное уравнение электролиза с растворимым анодом написать нельзя.
Электролиз проводился в растворе сульфата меди(II), поскольку:
а) нужен раствор электролита, чтобы протекал электрический ток, т.к. вода является слабым электролитом;
б) не будут выделяться какие-либо побочные продукты реакций, а только медь на катоде.
Ученик 9-го класса проводит практическую работу «Электролиз воды»
7. Для закрепления пройденного написать схему электролиза хлорида цинка с угольными электродами:
катод (–): Zn 2+ + 2e = Zn 0 ,
Суммарное уравнение реакции в данном случае написать нельзя, т.к. неизвестно, какая часть общего количества электричества идет на восстановление воды, а какая – на восстановление ионов цинка.
Схема демонстрационного эксперимента
1. Написать уравнение электролиза раствора, содержащего смесь нитрата меди(II) и нитрата серебра, с инертными электродами.
3. Чтобы очистить медную монету, ее надо подвесить на медной проволоке, присоединенной к отрицательному полюсу батареи, и опустить в 2,5%-й раствор NаОН, куда следует погрузить также графитовый электрод, присоединенный к положительному полюсу батареи. Объясните, каким образом монета становится чистой. (Ответ. На катоде идет восстановление ионов водорода:
Водород вступает в реакцию с оксидом меди, находящимся на поверхности монеты:
Этот способ лучше, чем чистка порошком, т.к. не стирается монета.)
Видео:ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ ХИМИЯ 8 класс // Подготовка к ЕГЭ по Химии - INTENSIVСкачать
1.4.9. Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот).
Что такое электролиз? Для более простого понимания ответа на этот вопрос давайте представим себе любой источник постоянного тока. У каждого источника постоянного тока всегда можно найти положительный и отрицательный полюс:
Подсоединим к нему две химически стойких электропроводящих пластины, которые назовем электродами. Пластину, присоединенную к положительному полюсу назовем анодом, а к отрицательному катодом:
Далее, представьте, что у вас есть возможность опустить эти два электрода в расплав хлорида натрия:
Хлорид натрия является электролитом, при его расплавлении происходит диссоциация на катионы натрия и хлорид-ионы:
Очевидно, что заряженные отрицательно анионы хлора направятся к положительно заряженному электроду – аноду, а положительно заряженные катионы Na + направятся к отрицательно заряженному электроду – катоду. В результате этого и катионы Na + и анионы Cl − разрядятся, то есть станут нейтральными атомами. Разрядка происходит посредством приобретения электронов в случае ионов Na + и потери электронов в случае ионов Cl − . То есть на катоде протекает процесс:
Поскольку каждый атом хлора имеет по неспаренному электрону, одиночное существование их невыгодно и атомы хлора объединяются в молекулу из двух атомов хлора:
Таким образом, суммарно, процесс, протекающий на аноде, правильнее записать так:
То есть мы имеем:
Катод: Na + + 1e − = Na 0
Анод: 2Cl − − 2e − = Cl2
Подведем электронный баланс:
Na + + 1e − = Na 0 |∙2
2Cl − − 2e − = Cl2 |∙1 + + 2e − + 2Cl − − 2e − = 2Na 0 + Cl2
Сократим два электрона аналогично тому, как это делается в алгебре получим ионное уравнение электролиза:
2Na + + 2Cl − = 2Na 0 + Cl2
далее, объединив ионы Na + и Cl − получим, уравнение электролиза расплава хлорида натрия:
Рассмотренный выше случай является с теоретической точки зрения наиболее простым, поскольку в расплаве хлорида натрия из положительно заряженных ионов были только ионы натрия, а из отрицательных – только анионы хлора.
Другими словами, ни у катионов Na + , ни у анионов Cl − не было «конкурентов» за катод и анод.
А, что будет, например, если вместо расплава хлорида натрия ток пропустить через его водный раствор? Диссоциация хлорида натрия наблюдается и в этом случае, но становится невозможным образование металлического натрия в водном растворе. Ведь мы знаем, что натрий – представитель щелочных металлов – крайне активный металл, реагирующий с водой очень бурно. Если натрий не способен восстановиться в таких условиях, что же тогда будет восстанавливаться на катоде?
Давайте вспомним строение молекулы воды. Она представляет собой диполь, то есть у нее есть отрицательный и положительный полюсы:
Именно благодаря этому свойству, она способна «облеплять» как поверхность катода, так и поверхность анода:
При этом могут происходить процессы:
Таким образом, получается, что если мы рассмотрим раствор любого электролита, то мы увидим, что катионы и анионы, образующиеся при диссоциации электролита, конкурируют с молекулами воды за восстановление на катоде и окисление на аноде.
Так какие же процессы будут происходить на катоде и на аноде? Разрядка ионов, образовавшихся при диссоциации электролита или окисление/восстановление молекул воды? Или, возможно, будут происходить все указанные процессы одновременно?
В зависимости от типа электролита при электролизе его водного раствора возможны самые разные ситуации. Например, катионы щелочных, щелочноземельных металлов, алюминия и магния просто не способны восстановиться в водной среде, так как при их восстановлении должны были бы получаться соответственно щелочные, щелочноземельные металлы, алюминий или магний т.е. металлы, реагирующие с водой.
В таком случае является возможным только восстановление молекул воды на катоде.
Запомнить то, какой процесс будет протекать на катоде при электролизе раствора какого-либо электролита можно, следуя следующим принципам:
1) Если электролит состоит из катиона металла, который в свободном состоянии в обычных условиях реагирует с водой, на катоде идет процесс:
Это касается металлов, находящихся в начале ряда активности по Al включительно.
2) Если электролит состоит из катиона металла, который в свободном виде не реагирует с водой, но реагирует с кислотами неокислителями, идут сразу два процесса, как восстановления катионов металла, так и молекул воды:
К таким металлам относятся металлы, находящиеся между Al и Н в ряду активности.
3) Если электролит состоит из катионов водорода (кислота) или катионов металлов, не реагирующих с кислотами неокислителями — восстанавливаются только катионы электролита:
2Н + + 2е − = Н2 – в случае кислоты
Me n + + ne = Me 0 – в случае соли
На аноде тем временем ситуация следующая:
1) Если электролит содержит анионы бескислородных кислотных остатков (кроме F − ), то на аноде идет процесс их окисления, молекулы воды не окисляются. Например:
Фторид-ионы не окисляются на аноде поскольку фтор не способен образоваться в водном растворе (реагирует с водой)
2) Если в состав электролита входят гидроксид-ионы (щелочи) они окисляются вместо молекул воды:
3) В случае того, если электролит содержит кислородсодержащий кислотный остаток (кроме остатков органических кислот) или фторид-ион (F − ) на аноде идет процесс окисления молекул воды:
4) В случае кислотного остатка карбоновой кислоты на аноде идет процесс:
2RCOO − − 2e − = R-R + 2CO2
Давайте потренируемся записывать уравнения электролиза для различных ситуаций:
Пример №1
Напишите уравнения процессов протекающих на катоде и аноде при электролизе расплава хлорида цинка, а также общее уравнение электролиза.
При расплавлении хлорида цинка происходит его диссоциация:
Далее следует обратить внимание на то, что электролизу подвергается именно расплав хлорида цинка, а не водный раствор. Другими словами, без вариантов, на катоде может происходить только восстановление катионов цинка, а на аноде окисление хлорид-ионов т.к. отсутствуют молекулы воды:
Катод: Zn 2+ + 2e − = Zn 0 |∙1
Анод: 2Cl − − 2e − = Cl2 |∙1
Пример №2
Напишите уравнения процессов протекающих на катоде и аноде при электролизе водного раствора хлорида цинка, а также общее уравнение электролиза.
Так как в данном случае, электролизу подвергается водный раствор, то в электролизе, теоретически, могут принимать участие молекулы воды. Так как цинк расположен в ряду активности между Al и Н то это значит, что на катоде будет происходить как восстановление катионов цинка, так и молекул воды.
Zn 2+ + 2e − = Zn 0
Хлорид-ион является кислотным остатком бескислородной кислоты HCl, поэтому в конкуренции за окисление на аноде хлорид-ионы «выигрывают» у молекул воды:
В данном конкретном случае нельзя записать суммарное уравнение электролиза, поскольку неизвестно соотношение между выделяющимися на катоде водородом и цинком.
Пример №3
Напишите уравнения процессов протекающих на катоде и аноде при электролизе водного раствора нитрата меди, а также общее уравнение электролиза.
Нитрат меди в растворе находится в продиссоциированном состоянии:
Медь находится в ряду активности правее водорода, то есть на катоде восстанавливаться будут катионы меди:
Cu 2+ + 2e − = Cu 0
Нитрат-ион NO3 − — кислородсодержащий кислотный остаток, это значит, что в окислении на аноде нитрат ионы «проигрывают» в конкуренции молекулам воды:
Катод: Cu 2+ + 2e − = Cu 0 |∙2
2Cu 2+ + 2H2O = 2Cu 0 + O2 + 4H +
Полученное в результате сложения уравнение является ионным уравнением электролиза. Чтобы получить полное молекулярное уравнение электролиза нужно добавить по 4 нитрат иона в левую и правую часть полученного ионного уравнения в качестве противоионов. Тогда мы получим:
Пример №4
Напишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде при электролизе водного раствора ацетата калия, а также общее уравнение электролиза.
Решение:
Ацетат калия в водном растворе диссоциирует на катионы калия и ацетат-ионы:
Калий является щелочным металлом, т.е. находится в ряду электрохимическом ряду напряжений в самом начале. Это значит, что его катионы не способны разряжаться на катоде. Вместо них восстанавливаться будут молекулы воды:
Как уже было сказано выше, кислотные остатки карбоновых кислот «выигрывают» в конкуренции за окисление у молекул воды на аноде:
Таким образом, подведя электронный баланс и сложив два уравнения полуреакций на катоде и аноде получаем:
Катод: 2H2O + 2e − = 2OH − + H2 |∙1
Мы получили полное уравнение электролиза в ионном виде. Добавив по два иона калия в левую и правую часть уравнения и сложив с противоионами мы получаем полное уравнение электролиза в молекулярном виде:
Пример №5
Напишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде при электролизе водного раствора серной кислоты, а также общее уравнение электролиза.
Серная кислота диссоциирует на катионы водорода и сульфат-ионы:
На катоде будет происходить восстановление катионов водорода H + , а на аноде окисление молекул воды, поскольку сульфат-ионы являются кислородсодержащими кислотными остатками:
Катод: 2Н + + 2e − = H2 |∙2
Сократив ионы водорода в левой и правой и левой части уравнения получим уравнение электролиза водного раствора серной кислоты:
Как можно видеть, электролиз водного раствора серной кислоты сводится к электролизу воды.
Пример №6
Напишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде при электролизе водного раствора гидроксида натрия, а также общее уравнение электролиза.
Диссоциация гидроксида натрия:
На катоде будут восстанавливаться только молекулы воды, так как натрий – высокоактивный металл, на аноде только гидроксид-ионы:
Катод: 2H2O + 2e − = 2OH − + H2 |∙2
Сократим две молекулы воды слева и справа и 4 гидроксид-иона и приходим к тому, что, как и в случае серной кислоты электролиз водного раствора гидроксида натрия сводится к электролизу воды:
📺 Видео
75. Электролиз расплавов электролитов. видео 2. на примере расплава хлорида натрия.Скачать
Электролиз. Часть 2. Уравнения электролиза расплавов и растворов.Скачать
Все об электролизе и задании 20 за 20 минут | Химия ЕГЭ 2023 | УмскулСкачать
Повторение изученных способов получения металлов на примере получения меди из оксида меди(II).
Na + + Cl – ;
.
+ O2 
(Cu) = 8/64 = 0,125 моль,
Ag 
