МБОУ Балтасинская гимназия

1. МБОУ Балтасинская гимназия Электролиз водных растворов электролитов Хафизова Эльвира Мударисовна Учитель химии I кв. категории

2. План лекции • Электролиз как окислительно-восстановительный процесс. • Электроды и электродные реакции • Электролиз растворов электролитов • Электролиз в заданиях билетов ЕГЭ

3. Электролиз Под электролизом понимают совокуп-ность окислительно-восстановительных реак-ций, происходящих на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. За счет электрической энергии при электролизе осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самопроизвольно.

4. Реакции, протекающие на электродах, называются электродными. Электродные реакции катодная реакция анодная реакция

5. Катодная реакция протекает на катоде, является реакцией восстановления катиона: Kt+ + e- → Kt Анодная реакция протекает на аноде, является реакцией окисления аниона: An- - e- → An

6. Таблица. Катодные процессы в водных растворах солей

7. Анионы по их способности окислятьсярасполагаются в следующем порядке: I-, Br-, S2-, Cl-, OH-, SO42-, NO3-, F- Восстановительная активность анионов уменьшается

8. На нерастворимом (инертном) аноде в процессе электролиза происходит окисление анионов или молекул воды. 1. Если анион является кислотным остатком бескислородной кислоты (например, S2-, Cl-, Br-, J -), то на аноде окисляется анион. 2. Если анион является кислотным остатком кислородсодержащей кислоты (например, SO42-, NO3-, PO43-, CO32- ), то на аноде окисляется вода. 3. При окислении анионов органических кислот происходит процесс: 2RCOO- - 2e- → R – R + 2CO2↑

9. Таблица . Анодные процессы в водных растворах

10. При электролизе водных растворов электролитов с инертными (неактивными) электродами используют следующие правила: 1. При электролизе водного раствора соли активного металла (от Li до Al включительно) и кислородсодержащей кислоты на катоде выделяется водород , а на аноде – кислород, и электролиз сводится к электролитическому разложению воды: 2H2O электролиз 2H2↑ + O2↑ Растворенная соль остается в неизменном виде. В ходе электролиза наблюдается концентри-рование раствора за счет уменьшения содержания растворителя.

11. Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора сульфата натрия с инертными электродами, например, платиновыми. Схематично процесс можно представить так: катод (Pt) Na2SO4 анод (Pt) ← 2 Na+ + SO42- → H2O 2H2O + 2e- = H2↑+ 2OH- H2O – 4e-= O2↑+ 4H+

12. В прикатодном пространстве, так называется пространство вблизи катода, накапливаются ионы Na+ и ионы OH-, т.е. образуется щелочь, а около анода среда становится кислой за счет образова-ния серной кислоты. Суммарное уравнение: 2H2O – 4e- = O2↑ + 4H+ 1 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2 6 H2O электролиз 2H2↑ + O2↑+ 4OH- + 4H+ Если катодное и анодное пространство не разделены перегородкой, то ионы H+ и OH- образуют воду и уравнение электролиза примет вид: 2H2O электролиз 2H2↑ + O2↑.Итак, электролиз водного раствора сульфата натрия сводится к электролизу воды.

13. 2. При электролизе водного раствора соли активного металла (от Li до Al включительно) и бескислородной кислоты на катоде выделяется водород , а на аноде – неметалл. В растворе образуется основание. В случае фторидов на аноде окисляется вода и выделяется кислород: 2H2O – 4e- = O2↑ + 4H+ Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора хлорида натрия с инертными электродами, например, платиновыми. Схематично процесс можно представить так: катод (Pt) NaCl анод (Pt) ← Na+ + Cl- → H2O 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2Cl- ­ 2e = Cl2↑

14. В прикатодном пространстве накапливаются ионы Na+ и ионы OH-, т.е. образуется щелочь. Суммарное уравнение: 2Cl- + 2H2O = Cl2↑ + H2↑ + 2OH- Суммарное уравнение электролиза в молеку-лярном виде примет вид: 2NaCl + 2H2O электролизCl2↑ + H2↑ + 2NaOH Итак, при электролизе водного раствора хлорида натрия на катоде выделяется водород, на аноде – хлор, а в растворе образуется гидроксид натрия.

15. 3. При электролизе водного раствора соли металла средней активности (после Al до водорода) и кислородсодержащей кислоты на катоде выделяются металл и водород одновременно, а на аноде – кислород. В качестве примера рассмотрим электролиз раствора сульфата цинка с инертными электродами. Схема процесса: катод (Pt) ZnSO4 анод (Pt) ← Zn2 + + SO42- → H2O Zn2 + + 2e- = Zn 2H2O + 2e- = H2 ↑ + 2OH- 2H2O – 4e- = O2 ↑ + 4H+ Cуммарное уравнение реакции: Zn2 + + 2H2OэлектролизZn + H2 ↑ + O2 ↑ + 2H+ или в молекулярном виде: ZnSO4 + 2H2OэлектролизZn + H2 ↑ + O2 ↑ + H2SO4

16. 4. При электролизе водного раствора соли металла средней активности (после Al до водоро-да) и бескислородной кислоты на катоде выделя-ются металл и водород одновременно, а на аноде – неметалл. В качестве примера рассмотрим электролиз раствора хлорида цинка с инертными электродами. Схема процесса: катод (Pt) ZnCl2 анод (Pt) ← Zn2 + + 2Cl- → H2O Zn2 + + 2e- = Zn 2Сl - - 2e- = Cl2↑ 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- Таким образом, при электролизе водного раствора хлорида цинка на катоде одновременно выделяются цинк и водород, а на аноде – хлор.

17. 5. При электролизе водного раствора соли неактивного металла (от водорода до Au включительно) и кислородсодержащей кислоты на катоде выделяется металл, а на аноде – кислород. В растворе образуется кислота. Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора сульфата меди (II) с инертными электродами, например, платиновыми. Схематично процесс можно представить так: катод (Pt) CuSO4 анод (Pt ) ← Cu2+ + SO42- → H2O Cu2+ + 2e- = Cu 2H2O – 4e- = O2↑ + 4H+ На катоде выделяется медь, на аноде - кислород, а в прианодном пространстве среда становится кислой за счет образования серной кислоты. Суммарное уравнение: 2CuSO4 + 2H2O электролиз 2Cu + O2↑ + 2H2SO4

18. 6. При электролизе водного раствора соли неактивного металла (от водорода до Au включительно) и бескислородной кислоты на катоде выделяется металл, а на аноде – неметалл. При этом уравнение электролиза водного раствора и расплава совпадают. В ходе электролиза наблюдается разбавление раствора, поскольку уменьшается содержа-ние растворенной соли.

19. Рассмотрим в качестве примера электролиз раствора хлорида меди (II) с нерастворимыми (угольными) электродами. Стандартный электродный потенциал меди равен + 0,34В, а водорода принят равным нулю. Так как медь расположена в ряду стандартных электродных потенциалов после водорода, то на катоде восстанавливаются ионы Cu2+, и выделяется медь: Cu2+ + 2e- = Cu На аноде окисляются хлорид - ионы Cl-, и выделяется свободный хлор: 2Сl- - 2e- = Cl2↑

20. Схема электролиза: катод (С) CuCl2 анод (C) ← Cu2+ + 2Сl- → Cu2+ + 2e- = Cu 2Сl- ­ 2e- = Cl2↑ Суммарное уравнение: Cu2+ + 2Сl - электролизCu + Cl2↑ илив молекулярном виде: CuCl2 электролизCu + Cl2↑

21. 7. При электролизе водного раствора соли аммония на катоде восстанавливается вода: 2H2O + 2e- = H2 + 2OH- 8. При электролизе водного раствора соли активного металла органической кислоты на катоде выделяется водород, на аноде углеводород и углекислый газ, а в растворе образуется щелочь. Рассмотрим электролиз водного раствора соли активного металла органической кислоты на примере электролиза раствора ацетата натрия на инертных электродах. Схематично процесс можно представить так:

22. катод (Pt) CH3COONa анод (Pt) ← 2Na+ + CH3COO- → H2O 2H2O + 2e- =H2↑ + 2OH- 2СH3COO- - 2e- =C2H6↑ + 2CO2↑ В прикатодном пространстве накапливаются ионы Na+ и ионы OH-, т.е. образуется щелочь. Суммарное уравнение электролиза в молекулярном виде примет вид: 2CH3COONa + 2H2O электролизC2H6↑ + 2CO2 ↑ + H2↑ + 2NaOH

23. 9. Электролиз водного раствора щелочи сводится к электролитическому разложению воды: 2H2Oэлектролиз 2H2↑ + O2↑ 10. Электролиз водного раствора кислородсо-держащей кислоты сводится к электролитическо-му разложению воды: 2H2Oэлектролиз 2H2↑ + O2↑ В ходе электролиза наблюдается концентриро-вание раствора, поскольку уменьшается содержа-ние растворителя. 11. При электролизе водного раствора бескислородной кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – неметалл. Вода не подвергается электролизу.

24. Электролиз в заданиях билетов ЕГЭ Электролиз проверяется в КИМах ЕГЭ на базовом уровне сложности (в части А) на повышенном уровне сложности (в части В) на высоком уровнe сложности (в части С)

25. На базовом и повышенном уровнях проверяются умения определять продукты электролиза на катоде, на аноде, уравнение катодного процесса, уравнение анодного процесса, способ электролитического получения металлов, например: При электролизе раствора AgNO3на катоде выделяется: • Серебро • Водород • Серебро и водород • Кислород и водород Какой процесс происходит на инертном аноде при электролизе раствора бромида натрия? • Окисление воды • Окисление ионов брома • Окисление меди • Восстановление меди

26. Установите соответствие между формулой вещества и простым веществом, которое образуется на катоде в результате электролиза его водного раствора. ХИМИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА А) MgCl2 1) Mg Б) AgNO3 2) H2 В)CuSО4 3) Ag Г) Li2S4) Li 5) S 6) Cu

27. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе ее водного раствора. ФОРМУЛА СОЛИ ПРОДУКТ НА АНОДЕ А) Rb2SO4 1) метан Б) CH3COOK 2) сернистый газ В) BaBr2 3) кислород Г) CuSО44) водород 5) бром 6) этан и углекислый газ

28. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения. МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ А) хром 1) водного раствора солей Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида В)литий 3) расплава соли Г) барий 4) расплавленного оксида 5) раствора оксида в расплавленном криолите 6) расплавленного нитрата

29. По заданиям высокого уровня сложности проверяются умения составлять электродные реакции и общие уравнения электролиза, например: С1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора гидроксида калия на инертных электродах. С1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора сульфата меди (II)на инертных электродах. С1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора нитрата калия на инертных электродах.

30. Благодарю вас за внимание!