Электролиз водных растворов солей

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 растворов солей

 

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

 

Для этого нам понадобится ряд активности металлов \ электрохимический ряд напряжений:

 

ряд напряжений

 

электролиз растворов 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:
    Cu2+ + 2е = Cu0    Медь осаждается на катоде
  • Катионы металлов, стоящие в ряду напряжений после алюминия до водорода, могут восстанавливаться вместе с молекулами воды:
    2О + 2е = Н2 + 2ОНZn2+ + 2e = Zn0

Электролиз водных растворов солей

 

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 = Cl20  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:

K2SO4↔2K++SO42−

K(-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH

A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4H+

2H2O (электролиз) → 2H2 + O2

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

LiCl ↔ Li+ + Cl

катод (-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH

анод (+): Cl — 1e = Cl0; Cl0+Cl0=Cl2

2LiCl + 2H2O(электролиз) → H2 + Cl2 +2LiOH

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

СuSO4 ↔ Cu2++SO42−

K(-): Cu2+ + 2e = Cu0

A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4Н+

2CuSO4 + 2H2O(электролиз) → 2Cu + 2H2SO4 + O2

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

катод (-): Cu2+ + 2e = Cu0

анод (+): 2Cl — 2e = 2Cl0

CuCl2 (электролиз) →Cu + Cl2

электролиз водных растворов солей

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

 


 

Тест "Электролиз"

1. Щелочь образуется при электролизе водного раствора:
2. При электролизе водного раствора сульфата натрия на катоде и аноде выделяются, соответственно:
3. Металл выделяется при электролизе водного раствора:
4. Лакмус становится красным при электролизе раствора:
5. При электролизе раствора KF на катоде и аноде выделятся, соответственно:
6. На катоде - восстановление воды, на аноде - окисление кислотного остатка при электролизе раствора:
7. Этан можно получить электролизом:
8. При электролизе водного раствора KF на аноде выделяется:
9. При электролизе 400 г 20 %-ого раствора NaCl на катоде выделилось 11,2 л (н.у.) газа. Степень разложения NaCl:
10. Уравнение анодного процесса электролиза раствора AgNO3 соответствует реакции:

 
 
 

Обсуждение: "Электролиз водных растворов солей"

  • Мария:

    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?

    • Лолита Окольнова:

      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!

      • Влад:

        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

        • Лолита Окольнова:

          здесь решают задачи школьного уровня. Не сможем вам помочь

  • Евгений:

    Спасибо большое за это объяснение, но всё же не совсем понятно. Что делать со среднеактивными металами такими как Mn,Zn, Cr … Pb. 
    ZnCl2 ↔ Zn2+ + 2Cl−

    K»катод»(-): Zn2+ + 2e = Zn0

    A»анод»(+): 2Cl− — 2e = 2Cl
    Разве здесь не так?
    Заранее спасибо.

    • Лолита Окольнова:

      Надо различать электролиз расплавов и электролиз растворов солей.
      В случае электролиза расплава соли ZnCl2 на катоде выделится Zn, на аноде — Cl2.

      Если мы рассмотрим электролиз растовра ZnCl2, то вместо Zn на катоде будет выделяться водород, на аноде будет Cl2:
      ZnCl2 + 2H2O (электролиз)-> Zn(OH)2 + H2 + Cl2

  • Виктория:

     Я снова здесь. первый вопрос такой — электролиз раствора NaOH
    K(-)2H2O +2e = H2 + 2OH(-)
    A(+)4OH(-) -4e = O2 + 2H2O  общее уравнение как будет выглядеть?

    • Лолита Окольнова:

      NaOH (р-р) + 2H2O= (электролиз) = 2H2 + O2 + NaOH, т.е. по сути электролизу подвергается вода 🙂

  • Виктория:

    Или все-таки натрий должен восстанавливаться на катоде?

    • Лолита Окольнова:

      В водном растворе натрий не будет на катоде. только при электролизе расплава

  • Виктория:

    сама себя спрашиваю, сама себе отвечаю))) Натрий восстанавливается если в расплаве. Здесь наверное общее уравнение электролиза это разложение воды током. 2H2O = 2H2 + O2

    • Лолита Окольнова:

      Да, все верно 🙂

  • Виктория:

    а если смесь NaOH и KCl? Уравнение гидролиза растворов щелочи и KCl (2KCl +  2H2O = 2KOH + H2 + Cl2)  как объединить?

    • Лолита Окольнова:

      Гидролиза? или электролиза?

      • Виктория:

        ну конечно электролиза, ошиблась. Лолита Витальевна и раз Вы тут. Подскажите мне про смесь расплавов NaF и KCl.  Общее уравнение электролиза будет так выглядеть? 2 NaF + 2KCL = 2Na + 2 K + F2 + Cl2 ? Вопрос вот в чем, дано соответствие  —   А) смесь NaF и KCl  и под №3  — продукты электролиза  правильный ответ — Na и Cl2. Объясните почему именно они.

        • Лолита Окольнова:

          да, все правильно, 2 NaF + 2KCL = 2Na + 2 K + F2 + Cl2, а в ответах бывает самое разное… но этот вариант вроде подходит… а какие еще даны ответы?
          Просто в вариантах ЕГЭ в ответах на тему электролиза не пишут все продукты реакции, могут написать, например, продукт реакции — H2… понятно, что там не только водород, но так пишут….

          • Виктория:

            1) Mg,  F2
            2)H2, O2
            3)Na,Cl2
            4)H2, Cl2
            5)Mg, Cl2
            6)Na, F2
            Вот шестой вариант вроде тоже подходит, а почему правильный третий ?

          • Лолита Окольнова:

            вопрос про электролиз расплавов? 2 NaF + 2KCL = 2Na + 2 K + F2 + Cl2
            тогда да, оба ответа -и 3 и 6 подходят… в ответах, кстати, очень часто встречаются ошибки.
            Если раствора, то 4) подойдет

      • Виктория:

        Ну и тут как будет выглядеть общее уравнение электролиза?

    • Лолита Окольнова:

      NaOH + 2H2O = электролиз= NaOH + 2H2 + O2
      2Kcl + 2H2O = = электролиз= 2KOH + H2 + cl2
      ____________________________________________
      NaOH + 2KCl + 4H2O = NaOH + 2KOH + 3H2 + O2 + Cl2

  • Виктория:

    Проверьте, пожалуйста,  правильно ли составила уравнения электролиза раствора HClO4? 
    HClO4 —>H(+) + ClO4(-)
    K(-) 2H(+) +2e = H2                     |2
    A(+) 2H2O — 4e = O2 + 4H(+)  |1
    ________________________
    2HClO4 + 2H2O = 2H2 + O2 + 2HClO4 

    • Лолита Окольнова:

      все верно

  • Виктория:

    Еще такой электролиз р-ра: Pb(NO3)2 —> Pb(+2) + 2NO3(-)
    K(-) Pb(+2) +2e = Pb(0)
              2H2O + 2e = H2 + 2OH(-)
    A(+)  2H2O — 4e = O2 + 4H(+)
    _____________________
    Pb(NO3)2 + 2H2O = Pb + H2 + O2 + 2HNO3

    • Лолита Окольнова:

      Гидроксид свинца потеряли: 2Pb(NO3)2 + 4H2O = Pb +Pb(OH)2 + 2H2 + O2 + 4HNO3

  • Виктория:

     И последний вопрос на сегодня. Как будет выглядеть итоговое уравнение электролиза раствора KF? KF + 2H2O = H2 + O2 + ?(KF?)

    • Лолита Окольнова:

      2KF + 2H2O = электролиз = 2KOH + H2 + F2

      • Виктория:

        Спасибо огромное!!!

      • Виктория:

        ой, простите, а в растворе KF на аноде разве не вода будет окисляться? это же фторид. и тогда ещё будет +HF? или не?

        • Лолита Окольнова:

          Еще раз в лекции посмотрите — бескислородные анионы на аноде сами окисляются. До простых веществ. А вот вместо кислородсодержащих — кислород
          2KF + 2H2O = электролиз = 2KOH + H2 + F2

  • Виктория:

    В учебнике Габриеляна за 11 класс написано: анионы кислородсодержащих кислот и фторидов
    (SO42-, NO3- , SO32- , CO32-, PO43-, F-)   не окисляются, идёт процесс окисления молекул Н2О до O2:
    2 Н2О —  4 ė  → О2  +  4Н+ 
    Разве нет? 
     

    • Лолита Окольнова:

      Да, но в курсе ЕГЭ считается, что F- относится к бескислородным анионам, поэтому вместо него — вода

      • Виктория:

        То есть то, что написано в учебниках — это не правильно?  Или как это понимать? Значит, если попадется такой электролиз фторида в ЕГЭ, правильно будет не как учат в школе, а как неправильно? Вот тебе, бабушка, и Юрьев день, дожили….

        • Лолита Окольнова:

          Даже не знаю, что Вам ответить… могу сказать только одно — если в ЕГЭ попадется задание на электролиз фторида, пишите на электроде фтор, все остальное, так сказать, издержки нынешней учебной системы…

        • Лолита Окольнова:

          Вообще, в разных учебниках написано по-разному. На практике фтор не выделяется, выделяется кислород, может, не знаю, почему в ЕГЭ так…

  • Екатерина:

    Лолита, здравствуйте! У меня снова к вам вопрос! Вы пишите про катионы и отношении их к электролизу, делите их на три группы. Вы пишите, что в первой группе до водорода включительно восстанавливается вода, но ведь там лишь до АЛЮМИНИЯ включительно! Спасибо, жду отзыва!!!

    • Лолита Окольнова:

      Да, большое спасибо, что обратили внимание — надо внести поправку и на катионы и на фтор

  • Екатерина:

    И еще: не все бескислородные остатки на аноде окисляются до простых веществ, например, фтор! 

  • Миша:

    через раствор CuCl2 пропустили ток 2А в течении 20 минут. Какое вещество и в каком количестве выделится на катоде? напишите уравнение реакций на инертных электродах

    • Лолита Окольнова:

      Ну, тут все по схеме, ничего нового:
      на катоде выделится медь, на аноде — молекулярный хлор
      Эти реакции есть в статье. Формула не из школьного курса, но есть в Википедии — это точно. Смотрите закон Фарадея

  • Алёна:

    При электролизе смеси водных растворов солей на катоде последним выделится 1)Co

    2)Zn

    3)Cu

    4)Hg

    5)Nа

    • Лолита Окольнова:

      Надо смотреть по потенциалам восстановления — на какой элемент понадобится больше всего энергии…

  • Оксана:

    При электролизе нитрата калия получили при н.у. водород объемом 44,8 л. Написать уравнения реакций, протекающих на нерастворимых аноде и катоде и расчитать, сколько времени протекал электролиз, если ток был 100 А.

    • Лолита Окольнова:

      2KNO3 + 4H2O -> 2KOH + 2H2 + 2HNO3 + O2
      2H2O +2e(-)-> 2OH(-) + H2
      2H2O -4e(-)-> O2 + 4H(+)
      n(H2)=V\22.4
      а дальше подставить в формулу закона Фарадея

  • александра:

    11. При электролизе водного раствора Na2СО3 при пропускании тока силой 1,5 А на аноде выделилось 5,6 л кислорода (н.у.). Определите продолжительность процесса в минутах. Составьте схему процессов, происходящих на инертных электродах при электролизе данной соли.

    • Лолита Окольнова:

      Na2CO3 + 4H2O -> (электролиз)-> 2NaOH + H2CO3 + 2H2 + O2 — вот само уравнение.
      А формула ваша — закон Фарадея — Законы Фарадея можно записать в виде следующей формулы:

      m { Q \ F }{ M \ z }
      где:

      m — масса осаждённого на электроде вещества в граммах
      Q — полный электрический заряд, прошедший через вещество
      F = 96 485,33(83) Кл·моль−1 — постоянная Фарадея
      M — молярная масса вещества (Например, молярная масса воды H2O = 18 г/моль)
      z — валентное число ионов вещества (число электронов на один ион).
      Заметим, что M/z — это эквивалентная масса осаждённого вещества.

  • ксения:

    помогите пожалуйста.
    Одинаковы ли будут продукты, выделяющиеся на электродах при
    электролизе водных растворов:
    а) K2CO3 и Na2SO4;
    б) NaCl и CuCl2;
    в) Ba(NO3)2 и Pb(NO3)2

    • Лолита Окольнова:

      а) катионы этих солей стоят до водорода в электрохимичесом ряду, анионы — кислородсодержащие

  • Марина:

    Помогите пожалуйста!Какие вещества образуются при электролизе с угольными электродами водных растворов FeCl3 в щелочной среде и K2CO3 в щелочной среде.

    • Лолита Окольнова:

      FeCl3 — на катоде водород и железо, в растворе Fe(OH)3, на аноде — Cl2
      K2CO3 — на катоде водород, на аноде — кислород, в растворе KOH, выделяется CO2

      • Марина:

        Спасибо большое

        • Лолита Окольнова:

          успехов! 🙂

(Правила комментирования)