ЕГЭ по химии - задание 20

ЕГЭ по химии задание 20

план

• Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)

• Особенности электролиза расплавов Особенности электролиза растворов Применение электролиза
• Особенности электролиза расплавов
• Особенности электролиза растворов
• Применение электролиза

Сильнейшим окислительно - восстановительным действием обладает электрический ток. С помощью воздействия электрического тока на вещество можно получить чистый металл. Этот метод называется электролизом .

Электролиз  – процесс, при котором происходит разложение вещества электрическим током.

Процесс электролиза может протекать только в веществах, проводящих электрический ток, то есть электролитах. К электролитам относят представителей основных классов неорганических соединений – кислоты, соли, щелочи.

Для протекания процесса требуется устройство, называемое  электролизером .

Данное устройство работает от внешнего источника питания, который подает электрический ток. Представляет собой емкость, в которую опущены два электрода (катод и анод), заполнена емкость электролитом. При подаче электрического тока происходит разложение вещества. Для того чтобы узнать протекает электролиз или нет, в цепь включают лампочку, если лампочка загорается, значит в системе есть ток, если при замыкании цепи, лампочка не горит, то электролиз не протекает – вещество является не электролитом.

Катод (-)  –   является отрицательно заряженным электродом, катионы ( + ) перемещаются к нему и происходит  процесс восстановления .

Анод (+)  –   положительно заряженный электрод, к нему перемещаются  анионы (-)  и происходит  процесс окисления .

Можно выделить два типа электролиза для  расплавов  и  растворов . Ход этих двух процессов происходит по-разному. Зависит по большей части это от содержания воды в растворе, которая тоже принимает участие в процессе. В расплаве происходит разложение только вещества.

Особенности электролиза расплавов

В расплаве электролит непосредственно подвергается воздействию электрического тока. Металл всегда образуется на катоде, а продукт анода зависит от природы вещества.

При разложении расплава оснований на катоде образуется металл, а на аноде окисляется кислород. (расплав соли – это чистое вещество без примесей в основном твердые вещества)

Разложение расплавов солей происходит по-разному у бескислородных и кислородосодержащих. У бескислородной соли на аноде окисляется анион – кислотный остаток, а у кислородосодержащей – окисляется кислород.

Рассмотрим пример электролиза расплава бескислородной соли – хлорида калия. Под действием постоянного электрического тока соль разлагается на катионы калия и анионы хлора.

KCl → K +  + Cl -

Катионы  K +  перемещаются к катоду и принимают электроны, происходит восстановление металлического калия.

Катодный процесс:  K +  + e -  → K 0

Анионы   Cl -   движутся к аноду, отдавая электроны, происходит образование газообразного хлора.

Анодный процесс:  2Cl -  — 2e -  → Cl 2 0 ↑

Суммарное уравнение процесса электролиза расплава хлористого калия можно представить следующим образом:

2KCl  (эл.ток)   2K 0  +  Cl 2 0 ↑

Me n+  + ne б)   На не растворимом аноде (графит, платина) обычно окисляются анионы S - , J - , Br - , Cl - , OH -  и молекулы H 2 O: 2J -  = J 2 0  + 2e; 4OH -  = O 2  + 2H 2 O + 4e; 2H 2 O = O 2  + 4H +  + 4e Рассмотрим примеры различных вариантов электролиза растворов: " width="640"

Особенности электролиза растворов

В растворах электролитов, помимо самого вещества, присутствует  вода. Под действием электрического тока водный раствор электролита разлагается.

Процессы, происходящие на катоде и аноде, различаются. 

1. Процесс на катоде  не зависит от материала, из которого он изготовлен. Однако, зависит от положения металлов в электрохимическом ряду напряжений. 

2. Процесс на аноде  зависит от материала, из которого состоит анод и от его природы.

а) Растворимый анод (Cu, Ag, Ni, Cd) подвергается  Me = Me n+  + ne

б)   На не растворимом аноде (графит, платина) обычно окисляются анионы S - , J - , Br - , Cl - , OH -  и молекулы H 2 O:

2J -  = J 2 0  + 2e;

4OH -  = O 2  + 2H 2 O + 4e;

2H 2 O = O 2  + 4H +  + 4e

Рассмотрим примеры различных вариантов электролиза растворов:

1. Разложение бескислородной соли на нерастворимом электроде 

Чтобы ознакомиться с этим вариантом электролиза, возьмем йодистый калий. Под действием тока ионы калия устремляются к катоду, а ионы йода к аноду.

KI → K +  + I -

Калий находится в диапазоне активности слева от алюминия, поэтому на катоде восстанавливаются молекулы воды и образуется атомарный водород.

Катод:  2H 2 O + 2e -  → H 2   + 2OH -

Процесс протекает на нерастворимом аноде и в состав соли входит бескислородный остаток, поэтому на аноде образуется йод.

Анод:  2I - — 2e -  → I 2 0

В результате можно создать общее уравнение электролиза:

2KI + 2H 2 O   (эл.ток)   2KOH + I 2  + H 2 ↑

2. Разложение бескислородной соли на растворимом электроде (медь)

Рассмотрим на примере хлорида натрия. Данная соль разлагается на ионы натрия и хлора, но следует учитывать материал анода. Медный анод сам подвергается окислению. На аноде выделяется чистая медь, и ионы меди переходят с анода на катод, где также осаждается медь. В итоге процесс можно представить следующими уравнениями реакций.

NaCl → Na +  + Cl -

Катод: Cu 2+  + 2e -  → Cu 0

Анод:  Cu 0  —  2e -  → Cu 2+

В растворе концентрация хлорида натрия остается неизменной, поэтому составить общее уравнение реакции процесса не представляется возможным.

3. Разложение кислородосодержащей соли на нерастворимом (инертном) электроде

Возьмем для примера раствор нитрата калия. В процессе электролиза происходит распад на ионы калия и кислотного остатка.

KNO 3  → K +  + NO 3 -

В ряду активности металлов калий находится левее алюминия, поэтому на катоде восстанавливаются молекулы воды и образуется газообразный водород.

Катод:  2H 2 O + 2e -  → H 2   + 2OH -

Молекулы воды окисляются на аноде и выделяется кислород.

Анод:  2H 2 O — 4e -  → O 2  + 4H +

В результате получаем общее уравнение электролиза:

2H 2 O  → 2 H 2  + O 2

4. Электролиз раствора щелочи на инертном электроде

В случае разложения щелочи в процесс электролиза включаются молекулы воды и гидроксид-ионы.

Ba(OH) 2  → Ba 2+  + 2OH -

Барий находится левее алюминия, поэтому на катоде происходит восстановление воды и выделение водорода.

Катод:  2H 2 O + 2e -  → H 2   + 2OH -

На аноде откладываются молекулы кислорода.

Анод:  4OH -  — 4e -  → O 2  + 4H +

Получаем суммарное уравнение электролиза:

2H 2 O  → 2 H 2  + O 2

5. Электролиз раствора кислоты на инертном электроде

При разложении азотной кислоты под действием электрического тока в процесс вступают катионы водорода и молекула воды.

HNO 3  → H +  + NO 3 -

Катод: 2H +  + 2e -  → H 2

Анод:  2H 2 O  —  4e -  → O 2  + 4H +

На катоде выделяется водород, на аноде – кислород. Получаем суммарное уравнение процесса:

2H 2 O  → 2 H 2  + O 2

Применение электролиза

Процессы электролиза нашли свое применение в промышленности в первую очередь для  получения чистых металлов электрохимическим путем. Побочными продуктами этого процесса являются кислород и водород, поэтому он является промышленным способом получения этих газов. Очень часто применяют для очистки металлов от примесей и защиты от коррозии.

Задание для подготовки к егэ

При электролизе водных растворов солей на катоде выделяется:

— водород, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов левее алюминия (включая алюминий);

— металл, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов правее водорода;

— металл и водород, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов между алюминием и водородом.

Ответ: 3311.

Задание для подготовки к егэ

При электролизе водных растворов солей, щелочей и кислот на инертном аноде разряжается:

— вода и выделяется кислород, если это соль кислородсодержащей кислоты или соль фтороводородной кислоты;

— гидроксид-ионы и выделяется кислород, если это щелочь;

— кислотный остаток, входящий в состав соли, и выделяется соответствующее простое вещество, если это соль бескислородной кислоты (кроме).

Ответ: 4225.

Домашняя работа

Вариант № 5510463

Ссылка - https:// chem-ege.sdamgia.ru/test?id=5510463