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