Электролиз расплавов и растворов веществ. Правила составления окислительно-восстановительных реакций Занятия элективного курса «Электрохимия»
Электролиз – это окислительно – восстановительные реакции, протекающие на электродах, если через расплав или раствор электролита пропускают постоянный электрический ток.
Катод – восстановитель, отдаёт электроны катионам.
Анод – окислитель, принимает электроны от анионов.
Ряд активности катионов: |
Na + , Mg 2+ , Al 3+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ , H + , Cu 2+ , Ag + _____________________________→ Усиление окислительной способности |
Ряд активности анионов: |
I - , Br - , Cl - , OH - , NO 3 - , CO 3 2- , SO 4 2- ←__________________________________ Возрастание восстановительной способности |
Процессы, протекающие на электродах при электролизе расплавов
(не зависят от материала электродов и природы ионов).
1. На аноде разряжаются анионы (A m - ; OH -
A m - - m ē → A °; 4 OH - - 4ē → O 2 + 2 H 2 O (процессы окисления).
2. На катоде разряжаются катионы (Me n + , H + ), превращаясь в нейтральные атомы или молекулы:
Me n + + n ē → Me ° ; 2 H + + 2ē → H 2 0 (процессы восстановления).
Процессы, протекающие на электродах при электролизе растворов
КАТОД (-) Не зависят от материала катода; зависят от положения металла в ряду напряжений |
АНОД (+) Зависят от материала анода и природы анионов. |
|
Анод нерастворимый (инертный), т.е. изготовлен из угля, графита, платины, золота . |
Анод растворимый (активный), т.е. изготовлен из Cu , Ag , Zn , Ni , Fe и др. металлов (кроме Pt , Au ) |
|
1.В первую очередь восстанавливаются катионы металлов, стоящие в ряду напряжений после H 2 : Me n+ +nē → Me° |
1.В первую очередь окисляются анионы бескислородных кислот (кроме F - ): A m- - mē → A° |
Анионы не окисляются. Идёт окисление атомов металла анода: Me° - nē → Me n+ Катионы Me n + переходят в раствор. Масса анода уменьшается. |
2.Катионы металлов средней активности, стоящие между Al и H 2 , восстанавливаются одновременно с водой: Me n+ + nē →Me° 2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH - |
2.Анионы оксокислот (SO 4 2- , CO 3 2- ,..) и F - не окисляются, идёт окисление молекул H 2 O : 2H 2 O - 4ē → O 2 +4H + |
|
3.Катионы активных металлов от Li до Al (включительно) не восстанавливаются, а восстанавливаются молекулы H 2 O : 2 H 2 O + 2ē →H 2 + 2OH - |
3.При электролизе растворов щелочей окисляются ионы OH - : 4OH - - 4ē → O 2 +2H 2 O |
|
4.При электролизе растворов кислот восстанавливаются катионы H + : 2H + + 2ē → H 2 0 |
ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВОВ
Задание 1 . Составьте схему электролиза расплава бромида натрия. (Алгоритм 1.)
Последовательность действий |
Выполнение действий |
NaBr → Na + + Br - |
|
K - (катод ): Na + , A + (анод ): Br - |
|
K + : Na + + 1ē → Na 0 (восстановление), A + : 2 Br - - 2ē → Br 2 0 (окисление). |
|
2NaBr = 2Na +Br 2 |
Задание 2 . Составьте схему электролиза расплава гидроксида натрия. (Алгоритм 2.)
Последовательность действий |
Выполнение действий |
NaOH → Na + + OH - |
|
2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам |
K - (катод ): Na + , A + (анод ): OH - . |
3.Составить схемы процессов окисления и восстановления |
K - : Na + + 1ē → Na 0 (восстановление), A + : 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2 (окисление). |
4.Составить уравнение электролиза расплава щёлочи |
4NaOH = 4Na + 2H 2 O + O 2 |
Задание 3. Составьте схему электролиза расплава сульфата натрия. (Алгоритм 3.)
Последовательность действий |
Выполнение действий |
1.Составить уравнение диссоциации соли |
Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2- |
2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам |
K - (катод ): Na + A + (анод ): SO 4 2- |
K - : Na + + 1ē → Na 0 , A + : 2SO 4 2- - 4ē → 2SO 3 + O 2 |
|
4.Составить уравнение электролиза расплава соли |
2Na 2 SO 4 = 4Na + 2SO 3 + O 2 |
ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСТВОРОВ
Задание 1. Составить схему электролиза водного раствора хлорида натрия с использованием инертных электродов. (Алгоритм 1.)
Последовательность действий |
Выполнение действий |
1.Составить уравнение диссоциации соли |
NaCl → Na + + Cl - |
Ионы натрия в растворе не восстанавливаются, поэтому идёт восстановление воды. Ионы хлора окисляются. |
|
3.Составить схемы процессов восстановления и окисления |
K - : 2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH - A + : 2Cl - - 2ē → Cl 2 |
2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH |
Задание 2. Составить схему электролиза водного раствора сульфата меди (II ) с использованием инертных электродов. (Алгоритм 2.)
Последовательность действий |
Выполнение действий |
1.Составить уравнение диссоциации соли |
CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 2- |
2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах |
На катоде восстанавливаются ионы меди. На аноде в водном растворе сульфат-ионы не окисляются, поэтому окисляется вода. |
3.Составить схемы процессов восстановления и окисления |
K - : Cu 2+ + 2ē → Cu 0 A + : 2H 2 O - 4ē → O 2 +4H + |
4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли |
2CuSO 4 +2H 2 O = 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4 |
Задание 3. Составить схему электролиза водного раствора водного раствора гидроксида натрия с использованием инертных электродов. (Алгоритм 3.)
Последовательность действий |
Выполнение действий |
1.Составить уравнение диссоциации щёлочи |
NaOH → Na + + OH - |
2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах |
Ионы натрия не могут восстанавливаться, поэтому на катоде идёт восстановление воды. На аноде окисляются гидроксид-ионы. |
3.Составить схемы процессов восстановления и окисления |
K - : 2 H 2 O + 2ē → H 2 + 2 OH - A + : 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2 |
4.Составить уравнение электролиза водного раствора щёлочи |
2 H 2 O = 2 H 2 + O 2 , т.е. электролиз водного раствора щёлочи сводится к электролизу воды. |
Запомнить. При электролизе кислородсодержащих кислот (H 2 SO 4 и др .) , оснований (NaOH , Ca (OH ) 2 и др.) , солей активных металлов и кислородсодержащих кислот (K 2 SO 4 и др.) на электродах протекает электролиз воды: 2 H 2 O = 2 H 2 + O 2
Задание 4. Составить схему электролиза водного раствора нитрата серебра с использованием анода, изготовленного из серебра, т.е. анод – растворимый. (Алгоритм 4.)
Последовательность действий |
Выполнение действий |
1.Составить уравнение диссоциации соли |
AgNO 3 → Ag + + NO 3 - |
2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах |
На катоде восстанавливаются ионы серебра, серебряный анод растворяется. |
3.Составить схемы процессов восстановления и окисления |
K - : Ag + + 1ē→ Ag 0 ; A + : Ag 0 - 1ē→ Ag + |
4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли |
Ag + + Ag 0 = Ag 0 + Ag + электролиз сводится к переносу серебра с анода на катод. |
Электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом.
Электрод, на котором происходит окисление, - анодом.
Рассмотрим процессы, происходящие при электролизе расплавов солей бескислородных кислот: HCl, HBr, HI, H 2 S (за исключением фтороводородной или плавиковой - HF).
В расплаве такая соль состоит из катионов металла и анионов кислотного остатка.
Например, NaCl = Na + + Cl -
На катоде: Na + + ē = Na образуется металлический натрий (в общем случае - металл, входящий в состав соли)
На аноде: 2Cl - - 2ē = Cl 2 образуется газообразный хлор (в общем случае - галоген, входящий в состав кислотного остатка - кроме фтора - или сера)
Рассмотрим процессы, происходящие при электролизе растворов электролитов.
Процессы, протекающие на электродах, определяются величиной стандартного электродного потенциала и концентрацией электролита (Уравнение Нернста). В школьном курсе не рассматривается зависимость электродного потенциала от концентрации электролита и не используются численные значения величин стандартного электродного потенциала. Ученикам достаточно знать, что в ряду электрохимической напряженности металлов (ряд активности металлов) величина стандартного электродного потенциала пары Me +n /Me:
- увеличивается слева направо
- металлы, стоящие в ряду до водорода, имеют отрицательное значение этой величины
- водород, при восстановлении по реакции 2Н + + 2ē = Н 2 , (т.е. из кислот) имеет нулевое значение стандартного электродного потенциала
- металлы, стоящие в ряду после водорода, имеют положительное значение этой величины
! водород при восстановлении по реакции:
2H 2 O + 2ē = 2OH - + H 2 , (т.е. из воды в нейтральной среде) имеет отрицательное значение стандартного электродного потенциала -0,41
Материал анода может быть растворимым (железо, хром, цинк, медь, серебро и др. металлы) и нерастворимым – инертным – (уголь, графит, золото, платина), поэтому в растворе будут присутствовать ионы, образующиеся при растворении анода:
Ме - nē = Ме +n
Образовавшиеся ионы металла будут присутствовать в растворе электролита и их электрохимическую активность тоже будет нужно учитывать.
Исходя из этого, для процессов, протекающих на катоде, можно определить следующие правила:
1. катион электролита расположен в электрохимическом ряду напряжений металлов до алюминия включительно, идет процесс восстановления воды:
2H 2 O + 2ē = 2OH - + H 2
Катионы металла остаются в растворе, в прикатодном пространстве
2. катион электролита находится между алюминием и водородом, в зависимости от концентрации электролита идет или процесс восстановления воды или процесс восстановления ионов металла. Поскольку концентрация не указывается в задании, записываются оба возможных процесса:
2H 2 O + 2ē = 2OH - + H 2
Ме +n + nē = Ме
3. катион электролита - это ионы водорода, т.е. электролит - кислота. Восстанавливаются ионы водорода:
2Н + + 2ē = Н 2
4. катион электролита находится после водорода, восстанавливаются катионы металла.
Ме +n + nē = Ме
Процесс на аноде зависит от материала анода и природы аниона.
1. Если анод растворяется (например, железо, цинк, медь, серебро), то окисляется металл анода.
Ме - nē = Ме +n
2. Если анод инертный, т.е. не растворяется (графит, золото, платина):
а) При электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов), идет процесс окисления аниона;
2Cl - - 2ē = Cl 2
2Br - - 2ē = Br 2
2I - - 2ē = I 2
S 2 - - 2ē = S
б) При электролизе растворов щелочей, идет процесс окисления гидроксогруппы ОН - :
4OH - - 4ē = 2H 2 O + O 2
в) При электролизе растворов солей кислородосодержащих кислот: HNO 3 , H 2 SO 4 , H 2 CO 3 , H 3 PO 4 , и фторидов, идет процесс окисления воды.
2H 2 O - 4ē = 4H + + О 2
г) При электролизе ацетатов (солей уксусной или этановой кислоты) окисляется ацетат-ион до этана и оксида углерода (IV) - углекислого газа.
2СН 3 СОО - - 2ē = С 2 Н 6 + 2СО 2
Примеры заданий.
1. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора.
ФОРМУЛА СОЛИ
А) NiSO 4
Б) NaClO 4
В) LiCl
Г) RbBr
ПРОДУКТ НА АНОДЕ
1) S 2) SO 2 3) Cl 2 4) O 2 5) H 2 6) Br 2
Решение:
Так как в задании указан инертный анод, мы рассматриваем только изменения, происходящие с кислотными остатками, образующимися при диссоциации солей:
SO 4 2 - кислотный остаток кислородосодержащей кислоты. Идет процесс окисления воды, выделяется кислород. Ответ 4
ClO 4 - кислотный остаток кислородосодержащей кислоты. Идет процесс окисления воды, выделяется кислород. Ответ 4.
Cl - кислотный остаток бескислородной кислоты. Идет процесс окисления самого кислотного остатка. Выделяется хлор. Ответ 3.
Br - кислотный остаток бескислородной кислоты. Идет процесс окисления самого кислотного остатка. Выделяется бром. Ответ 6.
Общий ответ: 4436
2. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе её водного раствора.
ФОРМУЛА СОЛИ
А) Al(NO 3) 3
Б) Hg(NO 3) 2
В) Cu(NO 3) 2
Г) NaNO 3
ПРОДУКТ НА АНОДЕ
1) водород 2) алюминий 3) ртуть 4) медь 5) кислород 6) натрий
Решение:
Так как в задании указан катод, мы рассматриваем только изменения, происходящие с катионами металлов, образующимися при диссоциации солей:
Al 3+ в соответствии с положением алюминия в электрохимическом ряду напряжений металлов (от начала ряда до алюминия включительно) будет идти процесс восстановления воды. Выделяется водород. Ответ 1.
Hg 2+ в соответствии с положением ртути (после водорода) будет идти процесс восстановления ионов ртути. Образуется ртуть. Ответ 3.
Cu 2+ в соответствии с положением меди (после водорода) будет идти процесс восстановления ионов меди. Ответ 4.
Na + в соответствии с положением натрия (от начала ряда до алюминия включительно) будет идти процесс восстановления воды. Ответ 1.
Общий ответ: 1341
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 H 2:
2H 2 O + 2e → H 2 0 + 2OH - .
Например, в случае электролиза растворов NaNO 3 или KOH.
3) В случае электролиза раствора кислоты: катионы водорода восстанавливаются до простого вещества:
2H + +2e → H 2 .
Например, в случае электролиза раствора H 2 SO 4 .
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 → Cl 2 .
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) H 2 написать также не можем, так как это был бы процесс восстановления водорода (2H + +2e → H 2), а на аноде протекают только процессы окисления.
4OH - - 4e → O 2 + 2H 2 O.
3) Если в растворе есть анионы фтора или любые кислородсодержащие анионы, то окислению будет подвергаться вода с подкислением прианодного пространства согласно следующему уравнению:
2H 2 O - 4e → O 2 + 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 CO 2 и удвоение остатка углеродной цепи:
2R-COO - - 2e → R-R + 2CO 2 .
Примеры:
1. Раствор NaCl
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)
А:
2Cl - - 2e → Cl 2
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 - + 2H 2 O → H 2 0 + 2Na + + 2OH - + Cl 2 . Соединяем катионы и анионы:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 0 + 2NaOH + Cl 2 .
2. Раствор Na 2 SO 4
Расписываем диссоциацию на ионы:
Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 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:
2H 2 O + 2e → H 2 0 + 2OH -
А:
2H 2 O - 4e → O 2 0 + 4H + .
Уравниваем число принимаемых и отдаваемых электронов на катоде и аноде. Для этого необходимо умножить все коэффициенты катодного процесса на 2:
К:
4H 2 O + 4e → 2H 2 0 + 4OH -
А:
2H 2 O - 4e → O 2 0 + 4H + .
6H 2 O → 2H 2 0 + 4OH - + 4H + + O 2 0 .
4OH- и 4H+ соединяем в 4 молекулы H 2 O:
6H 2 O → 2H 2 0 + 4H 2 O + O 2 0 .
Сокращаем молекулы воды, находящиеся по обе стороны уравнения, т.е. вычитаем из каждой части уравнения 4H 2 O и получаем итоговое уравнение гидролиза:
2H 2 O → 2H 2 0 + O 2 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 CuCl 2
Расписываем диссоциацию на ионы:
CuCl 2 → 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 → Cl 2
CuCl 2 → Cu 0 + Cl 2 .
4. Раствор CuSO 4
Расписываем диссоциацию на ионы:
CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 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:
SO 4 2- (в растворе)
2H 2 O - 4e → O 2 + 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 SO 4 2- 1:1.
К:
2Cu 2+ + 4e → 2Cu 0
A:
2SO 4 2- (в растворе)
2H 2 O - 4e → O 2 + 4H + .
Записываем суммарное уравнение:
2Cu 2+ + 2SO 4 2- + 2H 2 O → 2Cu 0 + O 2 + 4H + + 2SO 4 2- .
Соединив катионы и анионы, получаем итоговое уравнение электролиза:
2CuSO 4 + 2H 2 O → 2Cu 0 + O 2 + 2H 2 SO 4 .
5. Раствор NiCl 2
Расписываем диссоциацию на ионы:
NiCl 2 → 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
2H 2 O + 2e → H 2 0 + 2OH -
A:
2Cl - - 2e → Cl 2
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
2H 2 O + 2e → H 2 0 + 2OH -
Ni 2+ (в растворе)
A:
4Cl - - 4e → 2Cl 2
Замечаем, что согласно формуле NiCl 2 , соотношение атомов никеля и хлора 1:2, следовательно, в раствор необходимо добавить Ni 2+ для получения общего количества 2NiCl 2 . 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 - + 2H 2 O → Ni 0 + H 2 0 + 2OH - + Ni 2+ + 2Cl 2 .
Соединяем катионы и анионы для получения итогового уравнения электролиза:
2NiCl 2 + 2H 2 O → Ni 0 + H 2 0 + Ni(OH) 2 + 2Cl 2 .
6. Раствор NiSO 4
Расписываем диссоциацию на ионы:
NiSO 4 → Ni 2+ + SO 4 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
2H 2 O + 2e → H 2 0 + 2OH -
A:
SO 4 2- (в растворе)
2H 2 O - 4e → O 2 + 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
2H 2 O + 2e → H 2 0 + 2OH -
Ni 2+ (в растворе)
A:
2SO 4 2- (в растворе)
2H 2 O - 4e → O 2 + 4H + .
Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
Ni 2+ + Ni 2+ + 2SO 4 2- + 2H 2 O + 2H 2 O → Ni 0 + Ni 2+ + 2OH - + H 2 0 + O 2 0 + 2SO 4 2- + 4H + .
Соединяем катионы и анионы и записываем итоговое уравнение электролиза:
2NiSO 4 + 4H 2 O → Ni 0 + Ni(OH) 2 + H 2 0 + O 2 0 + 2H 2 SO 4 .
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+ + SO 4 2- + 2H 2 O + 2H 2 O → Ni 0 + 2OH - + H 2 0 + O 2 0 + SO 4 2- + 4H + .
Ni 2+ + SO 4 2- + 4H 2 O → Ni 0 + H 2 0 + O 2 0 + SO 4 2- + 2H + + 2H 2 O.
Итоговое уравнение:
NiSO 4 + 2H 2 O → Ni 0 + H 2 0 + O 2 0 + H 2 SO 4 .
7. Раствор CH 3 COONa
Расписываем диссоциацию на ионы:
CH 3 COONa → CH 3 COO - + 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)
2H 2 O + 2e → H 2 0 + 2OH -
А:
2CH 3 COO - - 2e → CH 3 -CH 3 + CO 2
Так как количества электронов в процессах окисления и восстановления совпадают, составляем суммарное уравнение:
2Na + + 2CH 3 COO - + 2H 2 O → 2Na + + 2OH - + H 2 0 + CH 3 -CH 3 + CO 2
Соединяем катионы и анионы:
2CH 3 COONa + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 0 + CH 3 -CH 3 + CO 2 .
8. Раствор H 2 SO 4
Расписываем диссоциацию на ионы:
H 2 SO 4 → 2H + + SO 4 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 → H 2
A:
2H 2 O - 4e → O 2 + 4H +
Уравниваем число электронов. Для этого удваиваем каждый коэффициент в уравнении катодного процесса:
К
:
4H + +4e → 2H 2
A:
2H 2 O - 4e → O 2 + 4H +
Суммируем левые и правые части уравнений:
4H + + 2H 2 O → 2H 2 + O 2 + 4H +
Катионы H + находятся в обеих частях реакции, следовательно, их нужно сократить. Получаем, что в случае растворов кислот, электролизу подвергаются только молекулы H 2 O:
2H 2 O → 2H 2 + O 2 .
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)
2H 2 O + 2e → H 2 0 + 2OH -
А:
4OH - - 4e → O 2 + 2H 2 O
Уравниваем число электронов, принимаемых и отдаваемых на электродах:
К:
Na + (в растворе)
4H 2 O + 4e → 2H 2 0 + 4OH -
А:
4OH - - 4e → O 2 + 2H 2 O
Суммируем левые и правые части процессов:
4H 2 O + 4OH - → 2H 2 0 + 4OH - + O 2 0 + 2H 2 O
Сокращая 2H 2 O и ионы OH - , получаем итоговое уравнение электролиза:
2H 2 O → 2H 2 + O 2 .
Вывод:
При электролизе растворов 1) кислородсодержащих кислот;
2) щелочей;
3) солей активных металлов и кислородсодержащих кислот
на электродах протекает электролиз воды:
2H 2 O → 2H 2 + O 2 .