Методический материал по теме Электролиз расплавов и растворов электролитов

Электролиз расплавов и растворов электролитов.
Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, протекающий при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита.
Электролиз расплавов электролитов.
На катоде всегда происходит восстановление, а на аноде – окисление. Анод, материал которого может окисляться, называется активным; неокисляющийся анод называют инертным, инертные аноды изготовляют из графита, угля, платины.
Расплав NaCl. При высоких температурах расплав соли диссоциирует на ионы:
NaCl Na+ + Cl-
Катод: Na+ + e Na ! 2
Анод: 2Cl- - 2e Cl2 ! 1
2NaCl 2Na + Cl2
2. Расплав NaOH. NaOH Na++OH- Катод: Na++e Na ! 4
Анод: 4OH--4e 2H2O +O2 ! 1
4NaOH 4Na + O2+ 2H2O
При проведении электролиза с использованием инертного анода:
на аноде – окисление анионов и гидроксид–ионов, на катоде – восстановление катионов и ионов водорода.
При проведении электролиза с использованием активного анода:
На аноде – окисление анионов и гидроксид-ионов, анодное растворение металла – материала анода; на катоде – восстановление катиона соли и ионов водорода, восстановление катионов металла, полученных при растворении анода.
Электролиз растворов электролитов.
При электролизе водных растворов в окислительно-восстановительных реакциях могут участвовать не только ионы растворенного вещества, но и молекулы растворителя.
На катоде:
Li K Ba Ca Na Mg Al // Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb // (H) // Sb Cu Hg Ag Pt Au
2 3. . 4. 1.
1. Если металл соли расположен справа от водорода, то на катоде выделяется металл (1).
Ме+n + ne Ме2. Если металл расположен слева от алюминия (включая алюминий) на катоде выделяется водород (3).
2Н2О +2е Н2 + 2ОН-
3. Если металл расположен между алюминием и водородом, то выделяются металл и водород(2).
Ме+n + ne Ме 2Н2О +2е Н2 + 2ОН-
4. При электролизе кислоты на катоде:
2Н++2е Н2
На аноде:
В первую очередь окисляются простые анионы: S2-, I-, Br-, Cl-.
2С1--2е С12
При электролизе водных растворов, содержащих анионы кислородсодержащих кислот (CO32-, NO3-, SO42-, PO43- и др.) и F-, на аноде окисляются молекулы воды.
2Н2О – 4е О2+ 4Н+
3. В щелочных растворах на аноде окисляются ионы ОН-
4OH--4e 2H2O +O2
Рассмотрим примеры.
Раствор NaCl.
NaCl Na+ + Cl-
Катод: 2Н2О +2е Н2 + 2ОН-
Анод: 2Cl- - 2e Cl2
2NaCl + 2Н2О Н2 + Cl2 + 2NaOH2. Раствор CuCl2
CuCl2 Cu2+ + 2Cl-
Катод: Cu2++ 2e Cu
Анод: 2Cl- - 2e Cl2
CuCl2 Cu + Cl2
3. Раствор CuSO4
CuSO4 Cu2++ SO42-
Катод: Cu2++ 2e Cu
Анод: 2Н2О – 4е О2+ 4Н+
2CuSO4 + 2Н2О 2Cu + О2+ 2Н2SO4
4. Раствор Na2SO4
Na2SO4 2Na+ + SO42-
Катод: 2Н2О +2е Н2 + 2ОН-
Анод: 2Н2О – 4е О2+ 4Н+
2Н2О 2Н2+ О2
Раствор ZnSO4
ZnSO4Zn2++ SO42-
Катод: Zn2++2е Zn
2Н2О +2е Н2 + 2ОН-
Анод: 2Н2О – 4е О 2+ 4Н+
ZnSO4 + 2Н2О Zn + Н2 + О2+ Н2SO4
6. Раствор ZnCl2
ZnCl2Zn2++2Cl-
Катод: Zn2++2е Zn
2Н2О +2е Н2 + 2ОН-
Анод: 2Cl- - 2e Cl2
ZnCl2+ 2Н2О Zn + Н2 + Cl2 + Zn(ОН)2

Зависимость количества вещества, образовавшегося при электролизе, от времени и силы тока описывается обобщенным законом Фарадея:
т = (Э/F) I t = (M/n F) I t
где m – масса образовавшегося при электролизе вещества (г); Э – молярная масса
вещества, г/моль; n – количество отдаваемых или принимаемых электронов; I – сила тока, А; t – время,с; F – константа Фарадея, F=96500 Кл/моль.

Задания для самостоятельной работы
1. Составьте уравнения электролиза расплавов следующих соединений: KCl,
Na2S,CaCl22. Напишите уравнения реакций, происходящих при электролизе: а) расплава и раствора NaOH б) расплава и раствора NaCl.
3. Какие продукты образуются при электролизе водных растворов следующих веществ: AgNO3, KI, LiNO3, HCl, H2SO4, KOH, Hg(NO3)2, HgCl2, CrCl3.
4. При электролизе расплава хлорида калия на катоде получили калий массой 7,8 г. Определите объем хлора, который выделился на аноде.
5. При электролизе раствора хлорида меди (11) на аноде выделилось 8,96 л. Газа. Какое вещество выделилось на катоде? Найти его массу и массу хлорида меди (11), подвергшегося электролизу.
6. При электролизе раствора нитрата ртути (11) на катоде выделилось 60,3 г. ртути. Какой газ выделился на аноде? Найти его объем. Какое вещество образовалось в растворе? Найти его массу.
7. Найдите объем газов, выделившихся на катоде и аноде, при электролизе водного раствора, содержащего 111,75 г. хлорида калия. Какое вещество образовалось в растворе? Найдите его массу.
8. При электролизе раствора 19 г. хлорида двухвалентного металла на аноде выделилось 8,96 л. Хлора. Определите, хлорид какого металла подвергли электролизу.
Вычислите объем водорода, выделившегося на катоде.
При электролизе 200 г. раствора сульфата калия с концентрацией 15% на аноде
выделилось 14,56 л. кислорода. Вычислите концентрацию раствора по окончании электролиза.
Какие вещества выделятся на катоде и аноде при электролизе 416 г. 5% -ного раствора хлорида бария? Найдите их объем.