Уравнение электролиза водных растворов h2so4 (7 видео)

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

Содержание

Электролиз водных растворов солей
Обсуждение: «Электролиз водных растворов солей»
Составить уравнения процессов, протекающих при электролизе расплавов и растворов солей
Правила составления окислительно-восстановительных реакций
Электролиз растворов электролитов с инертными электродами
Процессы, протекающие на катоде:
Процессы, протекающие на аноде:
Примеры:
📽️ Видео

Видео:Часть 3-2. Электролиз водных растворов. Примеры решений уравнений (подробно).Скачать

Электролиз водных растворов солей

Тема электролиза довольна большая, формул в ней много и, как мне кажется, больше ее изучают на уроках физики… Я хочу рассмотреть ту часть, которая касается химии, и при этом только формат ЕГЭ — электролиз водных растворов солей.

Электролиз водных растворов солей

Для начала давайте представим себе систему, в которой происходит электролиз.

Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Электроды — это такие пластинки или стержни, опущенные в раствор, они подключены к источнику тока.

Анод — положительно заряженный электрод
Катод — отрицательно заряженный электрод

Мы будем рассматривать случай инертных электродов — т.е. они не будут вступать ни в какие химические реакции.

При пропускании электрического тока, вещество раствора будет претерпевать химические изменения, т.е. буду образовываться новые химические вещества. Они будут притягиваться к электродам следующим образом:

Неметаллы и их производны, анионы — к аноду
Металлы и их производный, катионы — к катоду

Теперь рассмотрим электролиз водных растворов различных солей

Разберем сначала катионы :

Если металл стоит до Н, то вместо него электролизу подвергается вода:
2H₂O + 2е = H₂ + 2OH – Образовавшийся водород H2 идет к катоду
Если металл стоит после Н, то он сам восстанавливается:
Cu 2+ + 2е = Cu 0 Медь осаждается на катоде
Катионы металлов, стоящие в ряду напряжений после алюминия до водорода, могут восстанавливаться вместе с молекулами воды :
2Н₂О + 2е = Н₂+ 2ОН — Zn 2+ + 2e = Zn 0

Теперь анионы-кислотные остатки :

Кислородсодержащие кислотные остатки — вместо них электролизу подвергается вода:
2H₂O — 4e = O₂ + 4H + Образовавшийся O2 выделяется на аноде
Бескислородные кислотные остатки — окисляются до простого вещества:
Cl − — 1e = Cl2 0 Хлор выделяется на аноде
Исключение: F − — вместо него будет выделяться кислород.

Примеры:

1 .1. Катион стоит в ряду до Н, кислотный остаток содержит кислород О:

1.2. Катион стоит в ряду до Н, кислотный остаток беcкислородный:

анод (+): Cl − — 1e = Cl 0 ; Cl 0 +Cl 0 =Cl₂

2.1. Катион стоит в ряду после Н, кислотный остаток содержит кислород О:

K(-): Cu 2+ + 2e = Cu 0

2.2. Катион стоит в ряду после Н, кислотный остаток беcкислородный:

катод (-): Cu 2+ + 2e = Cu 0

анод (+): 2Cl − — 2e = 2Cl 0

Электролиз водных растворов солей отличается от электролиза расплавов.

Отличие — в наличии растворителя. При электролизе водных растворов солей кроме ионов самого вещества в процессе участвуют ионы растворителя. При электролизе расплавов — только ионы самого вещества.

ЕГЭ это вопрос Части B № 3

Видео:Электролиз растворов. 1 часть. 10 класс.Скачать

Обсуждение: «Электролиз водных растворов солей»

Здравствуйте. Очень благодарна вам за такое понятное объяснение темы.
У меня к Вам вопрос. В одном из заданий В3, где нужно было определить продукт на катоде, я столкнулась с такой проблемой. В одной из формул веществ был написан AlCl3. Продуктом на катоде я написала водород. Но в ответ к заданию был алюминий. Скажите в чём моя ошибка или это ошибка в тесте?

Водород — правильный ответ. В ответах к тренировочным тестам ЕГЭ очень часто бывают ошибки. Да и не только в ответах. В этом году, например, в заданиях пробных ЕГЭ быди ошибки!

1. Запишите все возможные процессы на аноде, установите потенциалы процессов.

2. Сравните потенциалы анодных процессов и определите, какой из них протекает в первую очередь?

3. Выясните, меняется ли среда около анода, если да, то как и почему?

4. Запишите все возможные процессы на катоде, установите потенциалы процессов.

5. Сравните потенциалы катодных процессов и определите, какой из них протекает в первую очередь.

6. Установите, меняется ли среда около катода, если да, то как и почему?

7. Запишите итоговую схему процесса электролиза.

0,1 M раствор CuSO4

pH = 5, катод – Al, анод – Сu

здесь решают задачи школьного уровня. Не сможем вам помочь

Видео:Электролиз. 10 класс.Скачать

Составить уравнения процессов, протекающих при электролизе расплавов и растворов солей

Задача 686.
Составить уравнения процессов, протекающих при электролизе расплавов NaOH и NiCl₂ с инертными электродами.
Решение:
а) Электролиз расплава едкого натра

В расплаве едкого натра содержатся ионы Na+ и OH-:

Ионы натрия восстанавливаются на катоде: NaOH ⇔ Na + + OH — .

На аноде ионы ОН — окисляются с образованием воды и кислорода:

2ОН — — 2 ⇔Н₂О + О.

Два атома кислорода, соединяясь друг с другом, образуют молекулу:

Таким образом, процесс окисления ионов ОН — можно выразить уравнением:

4ОН — — 4 ⇔ 2Н₂О + О₂

Умножив уравнение катодного процесса на четыре, и сложив его с анодным процессом, получим:

4Na + + 4OH — ⇔ 4Na + H₂O + O₂↑
у катода у анода

Процесс в целом можно выразить уравнением:

Таким образом, при электролизе расплава едкого натра у катода выделяется металлический натрий, а у анода – газообразный кислород и вода.

б) Электролиз расплава соли NiCl₂ находятся ионы Ni 2+ и Cl — : NiCl₂ ⇔ Ni 2+ + 2Cl — .

В расплаве соли NiCl₂ находятся ионы Ni 2+ и Cl — :

Образующиеся ионы никеля восстанавливаются на катоде с образованием металлического никеля:

Ni 2+ + 2 = Ni 0

На аноде будет происходить электролитическое окисление ионов хлора с образованием свободных атомов хлора, которые соединяясь друг с другом, образуют молекулу хлора:

2Cl — — 2 = 2Cl*
Cl* + Cl* = Cl₂

Сложив уравнения катодного и анодного процессов, получим суммарное уравнение процесса:

Ni 2+ + 2Cl — = Ni + Cl₂↑
у катода у анода

Таким образом, при электролизе расплава соли хлорида никеля (II) на катоде выделяется металлический никель, а на аноде – газообразный хлор.

Задача 687.
Составить схемы электролиза водных растворов Н₂SO₄, CuCl₂, Pb(NO₃)₂ с платиновыми электродами.
Решение:
а) Электролиз водного раствора Н₂SO₄

Стандартный потенциал системы: 2Н + + 2 = Н₂ равен 0,000 В, что значительно выше, чем в нейтральной среде. Поэтому на катоде будет происходить восстановление воды, сопровождающееся выделением газообразного водорода:

2Н₂О + 2 = Н₂↑ + 2ОН — ,

Поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (1,23В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (2,01 В), характеризующий систему:

2SO₄ 2- — 2 = S₂O₈ 2- .

Ионы SO₄ 2- , движущиеся при электролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Умножая уравнение катодного процесса на два и складывая его с уравнением анодного процесса, получаем суммарное уравнение реакции электролиза серной кислоты:

Таким образом, одновременно с выделением водорода у катода и кислорода у анода образуется вода (катодное пространство) и серная кислота (анодное пространство). После приведения членов в обеих частях равенства получим:

2H₂O — 4 = 2H₂↑ + O₂↑ + 4H +
у катода у анода

Вывод:
При электролизе раствора серной кислоты происходит разложение воды на катоде и аноде, в результате чего происходит выделение водорода (в катодном пространстве) и кислорода (в анодном пространстве), а серная кислота остаётся без изменения.

б) Электролиз водного раствора CuCl₂

Медь располагается в ряду активности после водорода, поэтому на катоде восстанавливается металл:

Катод (–): Cu 2+ + 2ē = Cu 0

На аноде будет происходить электрохимическое окисление ионов Cl-, приводящее к выделению хлора:

Анод (+): 2Cl – — 2ē = 2Cl – → Cl₂↑.

поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,36 В) значительно выше, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему

Вывод:
Таким образом, при электролизе водного раствора хлорида меди на катоде выделяется медь, на аноде – хлор.

в) Электролиз водного раствора Рb(NO₃)₂

Рb(NO₃)₂ – соль средней активности металла и кислородсодержащей кислоты. Стандартный электродный потенциал электрохимической системы:

Pb 2+ + 2 = Pb 0 (-0,13 В) положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В) незначительно. Поэтому на катоде будет выделяться свинец (2H + /H₂) > 0 (Pb 2+ /Pb)):

Pb 2+ + 2 = Pb 0

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:

Ионы NO₃ — , движущиеся при гидролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Умножим уравнение катодного процесса на два и сложим его с уравнением анодного процесса, получим суммарное уравнение:

2Pb 2+ + 2H₂O = 2Pb + O₂↑ + 4H +
у катода у анода

Приняв во внимание, что одновременно происходит накопление ионов NO₃ — в анодном пространстве, суммарное уравнение процесса можно записать в следующей форме:

Вывод:
При электролизе водного раствора нитрата свинца на катоде выделяется свинец, на аноде – газообразный кислородрд, в растворе образуется азотная кислота (анодное пространство).

Видео:Электролиз растворов. 2 часть. 10 класс.Скачать

Правила составления окислительно-восстановительных реакций

Видео:Все об электролизе и задании 20 за 20 минут | Химия ЕГЭ 2023 | УмскулСкачать

Электролиз растворов электролитов с инертными электродами

Напомним, что на катоде протекают процессы восстановления, на аноде — процессы окисления.

Процессы, протекающие на катоде:

В растворе имеются несколько видов положительно заряженных частиц, способных восстанавливаться на катоде:

1) Катионы металла восстанавливаются до простого вещества, если металл находится в ряду напряжений правее алюминия (не включая сам Al). Например:
Zn 2+ +2e → Zn 0 .

2) В случае раствора соли или щелочи: катионы водорода восстанавливаются до простого вещества, если металл находится в ряду напряжений металлов до H2:
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH – .
Например, в случае электролиза растворов NaNO3 или KOH.

3) В случае электролиза раствора кислоты: катионы водорода восстанавливаются до простого вещества:
2H + +2e → H2.
Например, в случае электролиза раствора H2SO4.

Процессы, протекающие на аноде:

На аноде легко окисляются кислотные остатки не содержащие кислород. Например, галогенид-ионы (кроме F – ), сульфид-анионы, гидроксид-анионы и молекулы воды:

1) Галогенид-анионы окисляются до простых веществ:
2Cl – – 2e → Cl2.

2) В случае электролиза раствора щелочи в гидроксид-анионах кислород окисляется до простого вещества. Водород уже имеет степень окисления +1 и не может быть окислен дальше. Также будет выделение воды — почему? Потому что больше ничего написать и не получится: 1) H + написать не можем, так как OH – и H + не могут стоять по разные стороны одного уравнения; 2) H2 написать также не можем, так как это был бы процесс восстановления водорода (2H + +2e → H2), а на аноде протекают только процессы окисления.
4OH – – 4e → O2 + 2H2O.

3) Если в растворе есть анионы фтора или любые кислородсодержащие анионы, то окислению будет подвергаться вода с подкислением прианодного пространства согласно следующему уравнению:
2H2O – 4e → O2 + 4H + .
Такая реакция идет в случае электролиза растворов кислородсодержащих солей или кислородсодержащих кислот. В случае электролиза раствора щелочи окисляться будут гидроксид-анионы согласно правилу 2) выше.

4) В случае электролиза раствора соли органической кислоты на аноде всегда происходит выделение CO2 и удвоение остатка углеродной цепи:
2R-COO – – 2e → R-R + 2CO2.

Видео:ЭлектролизСкачать

Примеры:

1. Раствор NaCl

Расписываем диссоциацию на ионы:
NaCl → Na + + Cl –

Металл Na стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается водород. Хлорид-анионы будут окисляться на аноде до простого вещества:

К: 2Na + (в растворе)
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 2Cl – – 2e → Cl2

Коэффициент 2 перед Na + появился из-за наличия аналогичного коэффициента перед хлорид-ионами, так как в соли NaCl их соотношение 1:1.

Проверяем, что количество принимаемых и отдаваемых электронов одинаковое, и суммируем левые и правые части катодных и анодных процессов:

2Na + + 2Cl – + 2H2O → H2 0 + 2Na + + 2OH – + Cl2. Соединяем катионы и анионы:
2NaCl + 2H2O → H2 0 + 2NaOH + Cl2.

2. Раствор Na2SO4

Расписываем диссоциацию на ионы:
Na2SO4 → 2Na + + SO4 2–

Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается только водород. Сульфат-анионы содержат кислород, поэтому окисляться не будут, также оставаясь в растворе. Согласно правилу выше, в этом случае окисляются молекулы воды:

К: 2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 2H2O – 4e → O2 0 + 4H + .

Уравниваем число принимаемых и отдаваемых электронов на катоде и аноде. Для этого необходимо умножить все коэффициенты катодного процесса на 2:
К: 4H2O + 4e → 2H2 0 + 4OH –
А: 2H2O – 4e → O2 0 + 4H + .

Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
6H2O → 2H2 0 + 4OH – + 4H + + O2 0 .

4OH- и 4H+ соединяем в 4 молекулы H2O:
6H2O → 2H2 0 + 4H2O + O2 0 .

Сокращаем молекулы воды, находящиеся по обе стороны уравнения, т.е. вычитаем из каждой части уравнения 4H2O и получаем итоговое уравнение гидролиза:
2H2O → 2H2 0 + O2 0 .

Таким образом, гидролиз растворов кислородсодержащих солей активных металлов (до Al включительно) сводится к гидролизу воды, так как ни катионы металлов, ни анионы кислотных остатков не принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, протекающих на электродах.

3. Раствор CuCl2

Расписываем диссоциацию на ионы:
CuCl2 → Cu 2+ + 2Cl –

Медь находится в ряду напряжений металлов после водорода, следовательно, только она будет восстанавливаться на катоде. На аноде будут окисляться только хлорид-анионы.

К: Cu 2+ + 2e → Cu 0
A: 2Cl – – 2e → Cl2

Записываем суммарное уравнение:
CuCl2 → Cu 0 + Cl2.

4. Раствор CuSO4

Расписываем диссоциацию на ионы:
CuSO4 → Cu 2+ + SO4 2–

Медь находится в ряду напряжений металлов после водорода, следовательно, только она будет восстанавливаться на катоде. На аноде будут окисляться молекулы воды, так как кислородсодержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.

К: Cu 2+ + 2e → Cu 0
A: SO4 2– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H + .

Уравниваем количество электронов на катоде и аноде. Для это умножим все коэффициенты катодного уравнения на 2. Количество сульфат-ионов также необходимо удвоить, так как в сульфате меди соотношение Cu 2+ и SO4 2– 1:1.

К: 2Cu 2+ + 4e → 2Cu 0
A: 2SO4 2– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H + .

Записываем суммарное уравнение:
2Cu 2+ + 2SO4 2– + 2H2O → 2Cu 0 + O2 + 4H + + 2SO4 2– .

Соединив катионы и анионы, получаем итоговое уравнение электролиза:
2CuSO4 + 2H2O → 2Cu 0 + O2 + 2H2SO4.

5. Раствор NiCl2

Расписываем диссоциацию на ионы:
NiCl2 → Ni 2+ + 2Cl –

Никель находится в ряду напряжений металлов после алюминия и до водорода, следовательно, на катоде будут восстанавливаться и металл, и водород. На аноде будут окисляться только хлорид-анионы.

К: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
A: 2Cl – – 2e → Cl2

Уравниваем количество электронов, принимаемых и отдаваемых на катоде и аноде. Для этого умножаем все коэффициенты анодного уравнения на 2:

К: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
Ni 2+ (в растворе)
A: 4Cl – – 4e → 2Cl2

Замечаем, что согласно формуле NiCl2, соотношение атомов никеля и хлора 1:2, следовательно, в раствор необходимо добавить Ni 2+ для получения общего количества 2NiCl2. Также это необходимо сделать, так как в растворе должны присутствовать противоионы для гидроксид-анионов.

Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
Ni 2+ + Ni 2+ + 4Cl – + 2H2O → Ni 0 + H2 0 + 2OH – + Ni 2+ + 2Cl2.

Соединяем катионы и анионы для получения итогового уравнения электролиза:
2NiCl2 + 2H2O → Ni 0 + H2 0 + Ni(OH)2 + 2Cl2.

6. Раствор NiSO4

Расписываем диссоциацию на ионы:
NiSO4 → Ni 2+ + SO4 2–

Никель находится в ряду напряжений металлов после алюминия и до водорода, следовательно, на катоде будут восстанавливаться и металл, и водород. На аноде будут окисляться молекулы воды, так как кислородсодержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.

К: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
A: SO4 2– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H + .

Проверяем, что количество принятых и отданных электронов совпадает. Также замечаем, что в растворе есть гидроксид-ионы, но в записи электродных процессов для них нет противоионов. Следовательно, нужно добавить в раствор Ni 2+ . Так как удвоилось количество ионов никеля, необходимо удвоить и количество сульфат-ионов:

К: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
Ni 2+ (в растворе)
A: 2SO4 2– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H + .

Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
Ni 2+ + Ni 2+ + 2SO4 2– + 2H2O + 2H2O → Ni 0 + Ni 2+ + 2OH – + H2 0 + O2 0 + 2SO4 2– + 4H + .

Соединяем катионы и анионы и записываем итоговое уравнение электролиза:
2NiSO4 + 4H2O → Ni 0 + Ni(OH)2 + H2 0 + O2 0 + 2H2SO4.

В других источниках литературы также говорится об альтернативном протекании электролиза кислородсодержащих солей металлов средней активности. Разница состоит в том, что после сложения левых и правых частей процессов электролиза необходимо соединить H + и OH – с образованием двух молекул воды. Оставшиеся 2H + расходуются на образование серной кислоты. В этом случае не нужно прибавлять дополнительные ионы никеля и сульфат-ионы:

Ni 2+ + SO4 2– + 2H2O + 2H2O → Ni 0 + 2OH – + H2 0 + O2 0 + SO4 2– + 4H + .

Ni 2+ + SO4 2– + 4H2O → Ni 0 + H2 0 + O2 0 + SO4 2– + 2H + + 2H2O.

NiSO4 + 2H2O → Ni 0 + H2 0 + O2 0 + H2SO4.

7. Раствор CH3COONa

Расписываем диссоциацию на ионы:
CH3COONa → CH3COO – + Na +

Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается только водород. На аноде будет происходит окисление ацетат-ионов с образованием углекислого газа и удвоением остатка углеродной цепи:

К: 2Na + (в растворе)
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 2CH3COO – – 2e → CH3-CH3 + CO2

Так как количества электронов в процессах окисления и восстановления совпадают, составляем суммарное уравнение:
2Na + + 2CH3COO – + 2H2O → 2Na + + 2OH – + H2 0 + CH3-CH3 + CO2

Соединяем катионы и анионы:
2CH3COONa + 2H2O → 2NaOH + H2 0 + CH3-CH3 + CO2.

8. Раствор H2SO4

Расписываем диссоциацию на ионы:
H2SO4 → 2H + + SO4 2–

Из катионов в растворе присутствуют только катионы H+, они и будут восстанавливаться до простого вещества. На аноде будет протекать окисление воды, так как кислород содержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.

К: 2H + +2e → H2
A: 2H2O – 4e → O2 + 4H +

Уравниваем число электронов. Для этого удваиваем каждый коэффициент в уравнении катодного процесса:

К: 4H + +4e → 2H2
A: 2H2O – 4e → O2 + 4H +

Суммируем левые и правые части уравнений:
4H + + 2H2O → 2H2 + O2 + 4H +

Катионы H + находятся в обеих частях реакции, следовательно, их нужно сократить. Получаем, что в случае растворов кислот, электролизу подвергаются только молекулы H2O:
2H2O → 2H2 + O2.

9. Раствор NaOH

Расписываем диссоциацию на ионы:
NaOH → Na + + OH –

Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу, на катоде восстанавливается только водород. На аноде будут окисляться гидроксид-анионы с образованием кислорода и воды:

К: Na+ (в растворе)
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 4OH – – 4e → O2 + 2H2O

Уравниваем число электронов, принимаемых и отдаваемых на электродах:

К: Na + (в растворе)
4H2O + 4e → 2H2 0 + 4OH –
А: 4OH – – 4e → O2 + 2H2O

Суммируем левые и правые части процессов:
4H2O + 4OH – → 2H2 0 + 4OH – + O2 0 + 2H2O

Сокращая 2H2O и ионы OH – , получаем итоговое уравнение электролиза:
2H2O → 2H2 + O2.

Вывод:
При электролизе растворов 1) кислородсодержащих кислот;
2) щелочей;
3) солей активных металлов и кислородсодержащих кислот
на электродах протекает электролиз воды:
2H2O → 2H2 + O2.