- Умный справочник
- Химия
- Задание 20. Электролиз
Задание 20. Электролиз
Электролиз — разложение вещества под действием электрического тока. Для проведения электролиза два электрода опускаются в раствор электролита, чтобы замкнуть электрическую цепь, по которой пускается электрический ток.
Электролит — вещество, раствор которого проводит электрический ток. К ним относятся соли, щелочи и кислоты.
Электроны движутся от анода к катоду, поэтому:
- Анод(+) — положительно заряженный электрод;
- Катод(–) — отрицательно заряженный электрод.
Сначала разберем электролиз растворов. Обычно в задании на электролиз фигурируют соли, поэтому основной упор будем делать на них. Соль состоит из катиона металла и кислотного остатка. Электролиз солей аммония (NH₄⁺) в ЕГЭ не встречается.
Приятного изучения статьи! Если хочешь подготовиться на 90+, то обязательно посмотри вот эти способы подготовки (жми, чтобы перейти на сайт и узнать подробнее) 💜
Процессы на катоде
Металлы различны по своей активности. Выделяют 3 группы металлов:
неактивные, металлы средней активности и активные.
Неактивные металлы — металлы правее водорода в ряду активности. Граница между металлами средней активности и активными металлами уже не такая фиксированная. Конкретно в задании на электролиз активными металлами считаются металлы левее алюминия включительно. Соответственно, металлы средней активности находятся между активными и неактивными.
Продукты, образующиеся на катоде, зависят от активности металла:
- Неактивный металл → выделяется сам металл
- Металл средней активности → выделяется и металл, и H₂
- Активный металл → выделяется только H₂
Катод заряжен отрицательно из-за наличия на нем избытка электронов. Поэтому при взаимодействии катионов с катодом они получают от него электроны, то есть протекает процесс восстановления. Процессы, происходящие на катоде можно записать в виде полуреакций
- Неактивный металл: Me⁺ + e⁻ → Me
- Активный металл: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻
- Металл средней активности: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻ и Me⁺ + e⁻ → Me
(идут оба процесса)
Процессы на аноде
Продукты, образующиеся на аноде, зависят от типа кислотного остатка
- Остаток кислородсодержащей кислоты → выделяется O₂
- Анионы Cl⁻, Br⁻, I⁻ → выделяются Cl₂, Br₂ или I₂ соответственно
- Анион S²⁻ → выделяется S
- Анион F⁻ → выделяется O₂
Процессы, происходящие на аноде можно записать в виде полуреакций
- Остаток кислородсодержащей кислоты или F⁻: 2H₂O — 4e⁻ → O₂ + 4H⁺
- Cl⁻, Br⁻, I⁻: 2Hal⁻ — 2e⁻ → Hal₂ (где Hal = Cl, Br, I)
- S²⁻: S²⁻ — 2e⁻ → S
Мы разобрали, что образуется на катоде и аноде. Еще один момент — что остается в растворе, но это интуитивно понятно исходя из полуреакций выше. Вот несколько примеров.
Соли органических кислот
Если в задании фигурирует анион органической кислоты, то на катоде будут идти стандартные процессы в зависимости от металла. А на аноде органический анион с общей структурой R-COO⁻ перейдет в R-R и CO₂
- CH₃-COONa (ацетат натрия, R = CH₃-) на аноде даст CH₃-CH₃ (этан) и CO₂
- CH₃-CH₂-COONa (пропионат натрия, R = CH₃-CH₂-) на аноде даст
CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ (бутан) и CO₂
Электролиз расплавов солей
Расплав — расплавленное вещество. Так как в расплаве нет воды, то на катоде всегда будет выделяться металл вне зависимости от его активности. Для анионов бескислородных кислот продукты на аноде будут как и при электролизе растворов, но есть один важный момент:
В растворе анион F⁻ давал на аноде O₂. В расплаве же анион F⁻ будет давать на аноде F₂.
Если электролизу подвергаются соли кислородсодержащих кислот, то с ними все немного сложнее, но они на ЕГЭ не встречаются.
Алюминий получают электролизом раствора Al₂O₃ в расплаве криолита (Na₃[AlF₆]). В быту под «раствором» подразумевается водный раствор, но вообще раствор далеко не всегда водный, как, например, тут. Эта реакция на ЕГЭ не встречалась.
Электролиз кислот и оснований
Электролизу можно подвергать не только соли, но и другие электролиты — кислоты или основания.
При электролизе кислот на аноде будут идти те же процессы, что и при электролизе солей, а на катоде будет: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂
При электролизе гидроксидов на катоде будут идти те же процессы, что и при электролизе солей, а на аноде будет: 4OH⁻ — 4e⁻ → O₂ + 2H₂O
Растворимый анод
Существует 2 типа анода: растворимый и нерастворимый
- Нерастворимый анод — графитовый. Для него справедливо все написанное в предыдущих разделах
- Растворимый анод — металлический. С ним сейчас разберемся
Например, в задании фигурирует медный анод. Анод заряжен положительно, так как на нем есть недостаток электронов. Анод пытается восполнить этот недостаток и начинает отнимать электроны у меди, из которой состоит. Таким образом, идет процесс Cu — 2e⁻ → Cu²⁺, в результате которого катионы меди Cu²⁺ переходят в раствор и анод постепенно растворяется. Затем катионы Cu²⁺ подходят к катоду и на нем идет стандартный процесс Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
То есть, в дополнение к стандартным продуктам электролиза нужно добавить то, что получается при растворении растворимого анода.
Когда-то давно растворимый анод на ЕГЭ попадался, но сейчас его уже давно не видели.