Изучение электролиза в курсе 11 класса

Электролиз- -одна из самых трудных тем, изучаемых в школе и в институте. Трудность изучения темы

заключается в нагромождении теоретического материала в институтских учебниках, значениях электродных потенциалов, законов Ома и т.д. Я предлагаю годами отработанный метод составления уравнений электролиза растворов и расплавов солей, кислот, и щелочей .

Катод- это отрицательный электрод, к которому подходят ионы металлов, ионы водорода и молекул воды. На нем происходит процесс восстановления ( разрядки). Правило:

1.Ионы металлов I и II ( А) на катоде не разряжаются. Они собираются возле него, а разряжаются молекулы воды. 2 Н₂О + 2 е = Н₂↑ + 2 ОН^-

2.Ионы металлов от Zn2⁺ по Ni²⁺ могут разряжаться как отдельно, так и одновременно с молекулами воды:

а) если кислотность раствора и концентрация соли одинаковая, то разряжаются одновременно и молекулы воды , и ионы металлов. Например, Zn²⁺ + 2 e = Zn^o 2 H₂O + 2 e = H₂ ↑+ 2 OH^-

б) если среда кислая, то происходит разрядка только молекул воды 2 Н₂О + 2 е = Н₂ + 2 ОН^-

в) если концентрация соли высокая, то разряжаются только ионы металлов. Zn²⁺ + 2e=Zn^o

г) если раствор очень разбавленный, то на катоде разряжаются только ионы водорода воды

4Н⁺ +4 е = 2 Н₂

3. Ионы металлов от Cu ²⁺ по Pt ⁴⁺ полностью разряжаются Cu²⁺ + 2е = Cu ^o

Анод- это положительный электрод, к которому подходят ионы кислотных остатков, ионы водорода и молекулы воды На нем происходит процесс окисления. Правило:

1. Ионы металлов кислородсодержащих кислот не разряжаются, вместо них

разряжаются молекулы воды 2 Н₂О - 4 е = О₂↑ + 4 Н⁺

2. Ионы бескислородных кислот полностью окисляются( разряжаются) 2 CI^- - 2 e =CI2^o

3. Если концентрация соли низкая, то окисляются гидроксид-ионы воды. 4 ОН^- - 4е = О₂ + 2 Н₂

Используя это правило, рассмотрим и запишем процесс и уравнение реакции электролиза соли на различных примерах.

1 пример Соль образована активными металлами и разными кислотными остатками.

2 NaCI= 2 Na⁺ + 2 CI^-

Натрий хлорид.NaCI катод- анод+

2 H₂O+ 2 e = H2↑ + 2 OH 2 CI^- - 2 e = CI₂↑

Суммарное уравнение электролиза 2NaCI + 2 H2O = H2↑ +2 NaOH + CI2↑

Натрий карбонат 2 Na₂CO₃ = 4 Na⁺ + 2 CO₃ ^2-

Катод - Анод ⁺

4 H₂O +4 e = 2 H2 + 4 OH- 2 H2O - 8 e = 2 O₂ + 8 OH -

Cуммарное уравнение электролиза 2 Na₂CO3 + 6 H₂O = 2 H₂ + 4 NaOH + O₂ + 2H₂CO₃(2CO₂ + 2 H2O)

2Na₂CO₃ + 4 H₂O = 2 H₂ + 4 NaOH + O₂ + 2 CO₂

2 пример.

Соль образована металлами от Zn2+ по Ni2+ на примере цинка хлорида.

А) концентрация соли высокая

ZnCI2 = Zn²⁺ + 2 CI^-

Катод- Анод+

Zn²⁺ + 2 e = Zn ^o 2 CI^- - 2 e = Ci₂

Суммарное уравнение ZnCI₂ = Zn ^o + CI2 o

Вода в данном случае участие не принимает, электролиз проходит как расплав соли.

Б)- концентрация соли очень низкая ZnCI₂ = Zn²⁺ + 2 CI^-

Катод- анод+

4 H+ +4 e =2 H₂ 4 OH- -4 e = O₂ + 2 OH^-

Суммарное уравнение 4 H₂O+ 2 H₂ + O2 + 2 H₂O

Только вода принимает участие в данном случае.

ZnCI₂ = Zn ²⁺ + 2 CI^-

В)-Среда кислая.

Катод- Анод+

2 H₂O + 2e = H₂ + 2 OH^- 2 CI^- - 2 e= CI₂^o

Суммарное уравнение ZnCI₂ + 2 H₂O = H₂ +Zn + Zn(OH)₂ + CI₂

Г)-одновременная восстановление и ионов цинка. и молекул воды.

ZnCI= Zn ²⁺ + 2 CI^-

Катод- Анод+

2 H₂O + 2 e = H₂ + 2 OH- 2 CI^- - 2 e = CI₂

Zn²⁺ + 2 OH- = Zn ^o

Суммарное уравнение ZnCI₂+ 2 H₂O = H₂ + Zn + Zn(OH)₂ + CI₂

3 пример

Соли металлов от Cu²⁺ по Pt⁴⁺ образованные кислородсодержащими и бескислор

ными кислотами.

Cоль кислородсодержащей кислоты

2 CuSO₄ = 2 Cu ²⁺ + 2 SO4 ^2-

Катод- анад+

2 Cu ²⁺ + 4 e = 2 Cu ^o 2 H₂O - 4 e = O₂ + 2 H⁺

Суммарное уравнение 2 CuSO₄ + 2 H₂O = 2 Cu + O2 + 2 H₂SO₄

Соль бескислородсодержащей кислоты

CuCI₂ = Cu ²⁺ + 2 CI^-

Катод- анод+

Cu ²⁺ + 2 e = Cu ^o 2 CI^- - 2 e = CI₂

Суммарное уравнение CuCI₂ = Cu^о + CI2 ^o

Процесс проходит как расплав соли без участия воды.

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВОВ СОЛЕЙ

Безкислородные NaCI Кислородсодержащие Na₂SO₄

2 NaCI = 2 Na ⁺+ 2 CI^- 2Na₂SO₄ = 4 Na+ + 2 SO₄ ^2-

Катод- анод+ катод- анад+

2 Na+ + 2e =2 Na ^o 2CI^- - 2 e = CI2 ^o 4 Na ⁺ + 4 e =4 Na ^O 2 SO₄^2- - 4 e =2 SO₃ + O₂

уравнение 2 NaCI = 2 Na + CI₂ уравнение 2Na₂SO₄ = 4 Na + 2 SO₃+O₂

ЭЛЕКТРОЛИЗ КИСЛОТ

бескис лородные кислородсодержащие

2 HCI =2 H⁺ + 2 CI^- 2 H₂SO₄ = 4 H⁺ + 2 SO₄ ^2-

Катод- анод+ катод- анод+

2 Н+ + 2 е = Н₂ 2 CI^- - 2 e =CI₂ 4 H+ + 4 e = 2 H₂ 2 SO₄ ^2- - 4 e =2SO₃ + O₂

Уравнение 2 HCI= H₂ + CI₂ уравнение 2 H₂SO₄ = 2 H₂ + 2 SO₃ + O₂

ЭЛЕКТРОЛИЗ ЩЕЛОЧЕЙ

На катоде разряжаются ионы щелочных металлов, а на аноде гидроксид ионы воды

4 NaOH = 4 Na⁺ + 4 OH^-

Катод- Анод+

4 Na ⁺ + 4 e = 4Na 4 ОН^- - 4e = O₂ + 2 H₂O

уравнение 4 NaOH = 4 Na + O₂ + 2 H₂O

ЭЛЕКТРОЗ СОЛЕЙ С РАСТВОРИМЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ

Электролиз сульфата меди(II) с медным анодом.

CuSO₄ = Cu ²⁺ + SO₄ ^2-

Катод- анод+

Cu²⁺ + 2 e = Cu ^o Cu ^o - 2 e + Cu ²⁺

При растворимом аноде окисляются не ионы металла, а атомы металла, из

которого изготовлен анод. Он окисляется.. Ионы меди переходят к атому и разряжаются

на нем. Концентрация соли остается неизменной. Сколько меди растворилось на аноде, столько же ее выделится на катоде.