Nazad napred
Pažnja! Pregledi slajdova služe samo u informativne svrhe i možda ne predstavljaju sve karakteristike prezentacije. Ako si zainteresovan ovo djelo, preuzmite punu verziju.
Rezultati Jedinstvenog državnog ispita pokazuju da zadaci na temu “Elektroliza” za maturante ostaju teški. IN školski program Nedovoljno sati je posvećeno proučavanju ove teme. Stoga je prilikom pripreme školaraca za Jedinstveni državni ispit potrebno detaljno proučiti ovo pitanje. Poznavanje osnova elektrohemije pomoći će diplomcu da uspješno položi ispit i nastavi svoje studije na visokoškolskoj ustanovi Da bi se tema „Elektroliza” proučila na dovoljnom nivou pripremni rad sa maturantima koji polažu Jedinstveni državni ispit: - razmotriti definicije osnovnih pojmova u temi "Elektroliza" - analizirati proces elektrolize rastopina i elektrolita - utvrditi pravila za redukciju katjona i oksidacije; anjoni na anodi (uloga molekula vode pri elektrolizi rastvora) - formiranje jednadžbi za proces elektrolize (katodni i anodni procesi); tipične zadatke osnovni nivo(zadaci), povećan i visoki nivo teškoće. Elektroliza– oksidativno- proces oporavka, strujanje u rastvorima i topljenjima elektrolita tokom prolaska konstante električna struja. U otopini ili topljenju elektrolita, disocira se na ione. Kada se uključi električna struja, ioni postižu usmjereno kretanje i redoks procesi se mogu javiti na površini elektroda. Anoda– pozitivna elektroda, na njoj se odvijaju procesi oksidacije.
Katoda je negativna elektroda na njoj se odvijaju procesi redukcije.
Elektroliza taline koristi se za dobijanje aktivnih metala koji se nalaze u naponskom opsegu do aluminijuma (uključivo).
Elektroliza taline natrijum hlorida
K(-) Na + + 1e -> Na 0
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 2 0
2NaCl (električna struja) -> 2Na + Cl 2 (samo za elektrolizu taline).
Aluminij se proizvodi elektrolizom otopine aluminijevog oksida u rastopljenom kriolitu (Na 3 AlF 6).
2Al 2 O 3 (električna struja) ->4Al +3O 2
K(-)Al 3+ +3e‾ ->Al
A(+)2O 2‾ -2e‾ ->O 2
Elektroliza taline kalijum hidroksida.
KOH->K + +OH‾
K(-) K + + 1e -> K 0
A(+) 4OH - - 4e -> O 2 0 +2H 2 O
4KOH (električna struja) -> 4K 0 + O 2 0 +2H 2 O
Elektroliza vodenih otopina je složenija, jer se u tom slučaju molekule vode mogu reducirati ili oksidirati na elektrodama.
Elektroliza vodenih rastvora soli složeniji zbog mogućeg učešća molekula vode na katodi i anodi u elektrodnim procesima.
Pravila za elektrolizu u vodenim rastvorima.
Na katodi:
1. Kationi koji se nalaze u naponskom opsegu metala od litijuma do aluminijuma (uključivo), kao i kationi NN 4 + se ne smanjuju, umjesto toga se obnavljaju molekuli vode:
2H 2 O + 2e->H 2 + 2OH -
2. Kationi koji se nalaze u nizu napona nakon aluminijuma u vodik mogu se reducirati zajedno sa molekulima vode:
2H 2 O + 2e->H 2 + 2OH -
Zn 2+ + 2e->Zn 0
3. Kationi koji se nalaze u naponskoj seriji nakon vodonika su potpuno reducirani: Ag + + 1e->Ag 0
4. Vodikovi joni se redukuju u kiselim rastvorima: 2N + + 2e->H 2
Na anodi:
1. Anjoni koji sadrže kiseonik i F-– ne oksidiraju, umjesto toga oksidiraju molekuli vode:
2H 2 O – 4e->O 2 + 4H +
2. Anjoni sumpora, joda, broma, hlora (ovim redom) se oksidiraju u jednostavne supstance:
2Sl - – 2e->Cl 2 0 S 2- - 2e->S 0
3. U alkalnim rastvorima, hidroksidni joni se oksidiraju:
4OH - - 4e->O 2 + 2H 2 O
4. U rastvorima soli karboksilnih kiselina anjoni se oksidiraju:
2 R - SOO - - 2e->R - R + 2SO 2
5. Kada se koriste rastvorljive anoda, elektroni se šalju u eksterno kolo od strane same anode usled oksidacije atoma metala od kojih je anoda napravljena:
Su 0 - 2e->Cu 2+
Primjeri procesa elektrolize u vodenim otopinama elektrolita
Primjer 1. K 2 SO 4 -> 2K + + SO 4 2-
K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -
A(+)2H 2 O – 4e‾ -> O 2 + 4H +
Opća jednadžba elektrolize: 2H 2 O (električna struja) -> 2 H 2 + O 2
Primjer 2. NaCl ->Na + +Cl‾
K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 2 0
2NaCl + 2H 2 O (električna struja) -> H 2 + 2NaOH + Cl 2
Primjer 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-
K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu
A(+)2H 2 O – 4e‾ -> O 2 + 4H +
Opća jednadžba elektrolize: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (električna struja) -> 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4
Primjer 4. CH 3 COONa->CH 3 COO‾ +Na +
K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -
A(+)2CH 3 COO‾– 2e‾ ->C 2 H 6 +2CO 2
Opća jednačina za elektrolizu je:
CH 3 COONa+2H 2 O (električna struja) -> H 2 + 2NaHCO 3 +C 2 H 6
Zadaci osnovnog nivoa težine
Test na temu „Elektroliza taline i rastvora soli. Niz metalnih naprezanja.”
1. Alkalija je jedan od proizvoda elektrolize u vodenom rastvoru:
1) KCI 2) CuSO 4 3) FeCI 2 4) AgNO 3
2. Prilikom elektrolize vodenog rastvora kalijum nitrata na anodi, oslobađa se: 1) O 2 2) NO 2 3) N 2 4) H 23. Vodonik nastaje elektrolizom vodenog rastvora: 1) CaCI 2 2) CuSO 4 3) Hg(NO 3) 2 4) AgNO 34. Reakcija je moguća između: 1) Ag i K 2 SO 4 (rastvor) 2) Zn i KCI (rastvor) 3) Mg i SnCI 2(rastvor) 4) Ag i CuSO 4 (rastvor)5. Tokom elektrolize rastvora natrijum jodida na katodi, boja lakmusa u rastvoru je: 1) crvena 2 ) plava 3) ljubičasta 4) žuta6. Prilikom elektrolize vodenog rastvora kalijum fluorida na katodi oslobađa se: 1) vodonik 2) fluorovodonik 3) fluor 4) kiseonik
Problemi na temu "Elektroliza"
1. Elektroliza 400 g 20% rastvora natrijum hlorida je zaustavljena kada se na katodi oslobodilo 11,2 l (n.s.) gasa. Stepen razgradnje originalne soli (u%) je:
1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18
Rješenje problema. Napravimo jednačinu za reakciju elektrolize: 2NaCl + 2H 2 O→H 2 +Cl 2 +2NaOHm(NaCl)=400∙0.2=80 g soli je bilo u rastvoru.ν(H2)=11.2/22.4=0. 5 mol ν(NaCl)=0,5∙2=1 molm(NaCl)= 1∙58,5=58,5 g soli je razloženo tokom elektrolize. Stepen razgradnje soli 58,5/80=0,73 ili 73%.Odgovor: 73% soli se razgradilo.
2. Izvršili smo elektrolizu 200 g 10% rastvora hrom (III) sulfata do potpunog trošenja soli (oslobađanje metala na katodi). Masa (u gramima) potrošene vode je:
1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52
Rješenje problema. Napravimo jednačinu za reakciju elektrolize: 2Cr 2 (SO 4) 3 +6H 2 O→4Cr +3O 2 +6H 2 SO 4m(Cr 2 (SO 4) 3)=200∙0.1=20gν(Cr 2 (SO 4) 3)=20/392=0,051 molν(H 2 O)=0,051∙3=0,153 molm(H2O)= 0,153∙18=2,76 gZadaci viši nivo poteškoća B3
1. Uspostavite korespondenciju između formule soli i jednačine procesa koji se odvija na anodi tokom elektrolize njenog vodenog rastvora.
3. Uspostavite korespondenciju između formule soli i jednačine procesa koji se odvija na katodi tokom elektrolize njenog vodenog rastvora.
5. Uspostavite korespondenciju između naziva supstance i proizvoda elektrolize njenog vodenog rastvora.
Odgovori: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. Tako, dok izučavaju temu elektrolize, maturanti dobro savladaju ovaj dio i polažu dobre rezultate na ispitu. Proučavanje gradiva popraćeno je izlaganjem na ovu temu.Tema 6. “Elektroliza rastvora i rastopljenih soli”
1. Elektroliza je oksidaciono-redukcioni proces koji se javlja na elektrodama kada se električna struja propušta kroz rastvor ili rastopljeni elektrolit.
2. Katoda je negativno nabijena elektroda. Dolazi do redukcije katjona metala i vodika (u kiselinama) ili molekula vode.
3. Anoda je pozitivno nabijena elektroda. Dolazi do oksidacije anjona kiselinskog ostatka i hidroksi grupe (u alkalijama).
4. Tokom elektrolize rastvora soli, voda je prisutna u reakcionoj smeši. Budući da voda može pokazati i oksidirajuća i redukcijska svojstva, ona je „konkurencija“ i katodnim i anodnim procesima.
5. Postoje elektroliza sa inertnim elektrodama (grafit, ugljenik, platina) i aktivnom anodom (topiva), kao i elektroliza talina i rastvora elektrolita.
KATODNI PROCESI
Ako je metal u opsegu naprezanja:
Položaj metala u seriji napona
Oporavak na katodi
od Li do Al
Molekuli vode se redukuju: 2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
od Mn do Pb
I molekule vode i metalni kationi su smanjeni:
2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
Muškarci+ + ne- → Me0
od Cu do Au
Kationi metala su smanjeni: Men+ + ne- → Me0
ANODNI PROCESI
Kiselinski ostatak
Acm-
Anoda
Soluble
(gvožđe, cink, bakar, srebro)
Nerastvorljivo
(grafit, zlato, platina)
Bez kiseonika
Oksidacija anodnog metala
M0 – ne- = Mn+
anodni rastvor
Anionska oksidacija (osim F-)
Acm- - me- = Ac0
Sadrže kiseonik
Fluorid jon (F-)
U kiselom i neutralnom okruženju:
2 H2O - 4e- → O20 + 4H+
U alkalnom okruženju:
4OH- - 4e- = O20+ 2H2O
Primjeri procesa elektrolize taline inertnim elektrodama
U talini elektrolita prisutni su samo njegovi ioni, pa se kationi elektrolita redukuju na katodi, a anjoni oksidiraju na anodi.
1. Razmotrite elektrolizu taline kalijum hlorida.
Termička disocijacija KCl → K+ + Cl-
K(-) K+ + 1e- → K0
A (+) 2Cl- - 2e- → Cl02
Sumarna jednačina:
2KCl → 2K0 + Cl20
2. Razmotrite elektrolizu taline kalcijum hlorida.
Termička disocijacija CaCl2 → Ca2+ + 2Cl-
K(-) Ca2+ + 2e- → Ca0
A (+) 2Cl- - 2e- → Cl02
Sumarna jednačina:
CaCl2 → Ca0 + Cl20
3. Razmotrite elektrolizu rastopljenog kalijevog hidroksida.
Termička disocijacija KOH → K+ + OH-
K(-) K+ + 1e- → K0
A (+) 4OH- - 4e- → O20 + 2H2O
Sumarna jednačina:
4KON → 4K0 + O20 + 2H2O
Primjeri procesa elektrolize otopina elektrolita s inertnim elektrodama
Za razliku od taline, u otopini elektrolita, osim njegovih jona, postoje i molekuli vode. Stoga je prilikom razmatranja procesa na elektrodama potrebno uzeti u obzir njihovo učešće. Elektroliza otopine soli koju formira aktivni metal u nizu napona do aluminija i kiselog ostatka kiseline koja sadrži kisik svodi se na elektrolizu vode. 1. Razmotrite elektrolizu vodenog rastvora magnezijum sulfata. MgSO4 je sol koju formira metal u nizu napona do aluminija i kiselinskog ostatka koji sadrži kisik. Jednačina disocijacije: MgSO4 → Mg2+ + SO42- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Sumarna jednačina: 6H2O = 2H20 + 4OH- + O20 + 4H+ 2H2O = 2H20 + O20 2. Razmotrimo elektrolizu vodenog rastvora bakar (II) sulfata. CuSO4 je sol formirana od niskoaktivnog metala i kiselog ostatka koji sadrži kisik. U tom slučaju, elektrolizom nastaju metal i kisik, a odgovarajuća kiselina nastaje u katodno-anodnom prostoru. Jednačina disocijacije: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Ukupna jednačina: 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu0 + O20 + 4H2O + 22C + 2C0 + 2H2SO4
3. Razmotrite elektrolizu vodenog rastvora kalcijum hlorida. CaCl2 je sol formirana od aktivnog metala i kiselinskog ostatka bez kisika. U ovom slučaju, tokom elektrolize nastaju vodonik i halogen, a lužina se formira u katodno-anodnom prostoru. Jednačina disocijacije: CaCl2 → Ca2+ + 2Cl- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2Cl- – 2e- = Cl20 Ukupna jednačina: 2H2O + 2Cl- = Cl20 + 2OH2- CaCl = Ca (OH)2 + Cl20 + H20 4. Razmotrimo elektrolizu vodenog rastvora bakar (II) hlorida. CuCl2 je sol koju formiraju niskoaktivni metal i kiseli ostatak kiseline bez kisika. U tom slučaju nastaju metal i halogen. Jednačina disocijacije: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2Sl- – 2e- = Cl20 Ukupna jednačina: Cu2+ + 2Cl- = Cu0 + Cl20 CuCl2 = Cu0 + Cl20 5. proces elektrolize rastvora natrijum acetata. CH3COONa je sol koju formiraju aktivni metal i kiseli ostatak karboksilne kiseline. Elektrolizom nastaje vodonik, alkalija. Jednačina disocijacije: CH3COONa → CH3COO - + Na+ K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2CH3COO¯− 2e = C2H6 + 2CO2 Ukupna jednačina: 2H2O + 2CH3COO¯2 = H2 + 2CH3COO¯2 = H2 + + 2CO2 2N2O + 2CH3COONa = 2NaOH + N20 + C2H6 + 2CO2 6. Razmotrimo proces elektrolize rastvora nikl nitrata. Ni(NO3)2 je so koja se formira od metala u nizu napona od Mn do H2 i kiselinskog ostatka koji sadrži kiseonik. U procesu dobijamo metal, vodonik, kiseonik i kiselinu. Jednačina disocijacije: Ni(NO3)2 → Ni2+ + 2NO3- K (-) Ni2+ +2e- = Ni0 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Zbirna jednačina: Ni2+ + 2H2O + 2H2O = Ni0 + H20 + 2OH- + O20 + 4H+ Ni(NO3)2 + 2H2O = Ni0 +2HNO3 + H20 + O20 7. Razmotrimo proces elektrolize rastvora sumporne kiseline. Jednačina disocijacije: H2SO4 → 2H+ + SO42- K (-) 2H+ +2e- = H20 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Ukupna jednačina: 2H2O + 4H+ = 2H20 + O20 + 4H2O+ 20
8. Razmotrimo proces elektrolize rastvora natrijum hidroksida. U ovom slučaju dolazi samo do elektrolize vode. Elektroliza rastvora H2SO4, NaNO3, K2SO4 itd. teče na sličan način. Jednačina disocijacije: NaOH → Na+ + OH- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 4OH- – 4e- = O20. + 2H2O Zbirna jednadžba: 4H2O + 4OH- = 2H20 + 4OH- + O20 + 2H2O 2H2O = 2H20 + O20
Primjeri procesa elektrolize otopina elektrolita sa topivim elektrodama
Tokom elektrolize, sama rastvorljiva anoda prolazi kroz oksidaciju (otapanje). 1. Razmotrimo proces elektrolize bakar (II) sulfata sa bakrenom anodom. Prilikom elektrolize otopine bakar sulfata sa bakrenom anodom, proces se svodi na oslobađanje bakra na katodi i postepeno otapanje anode, uprkos prirodi anjona. Količina bakar sulfata u otopini ostaje nepromijenjena. Jednačina disocijacije: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ +2e- → Cu0 A (+) Cu0 - 2e- → Cu2+ prelaz bakrenih jona sa anode na katodu
Primjeri zadataka na ovu temu u varijantama Jedinstvenog državnog ispita
U 3. (Var.5)
Uspostavite korespondenciju između formule tvari i proizvoda elektrolize njezine vodene otopine na inertnim elektrodama.
FORMULA PROIZVODA ELEKTROLIZE SUPSTANCI
A) Al2(SO4)3 1. metalni hidroksid, kiselina
B) CsOH 2. metal, halogen
B) Hg(NO3)2 3. metal, kiseonik
D) AuBr3 4. vodonik, halogen 5. vodonik, kiseonik 6. metal, kiselina, kiseonik Obrazloženje: 1. Tokom elektrolize Al2(SO4)3 i CsOH na katodi, voda se redukuje u vodonik. Isključujemo opcije 1, 2, 3 i 6. 2. Za Al2(SO4)3, voda se oksidira u kisik na anodi. Biramo opciju 5. Za CsOH, hidroksidni ion se oksidira u kisik na anodi. Biramo opciju 5. 3. Tokom elektrolize Hg(NO3)2 i AuBr3 na katodi dolazi do redukcije katjona metala. 4. Za Hg(NO3)2, voda se oksidira na anodi. Nitratni joni u rastvoru se vezuju za katjone vodonika, formirajući u anodnom prostoru azotna kiselina. Biramo opciju 6. 5. Za AuBr3, Br-anion se oksidira u Br2 na anodi. Biramo opciju 2.
A
B
IN
G
5
5
6
2
U 3. (Var.1)
Spojite naziv supstance sa načinom njene pripreme.
NAZIV SUPSTANCE PROIZVODNJE ELEKTROLIZOM A) litijum 1) rastvor LiF B) fluor 2) talina LiF C) srebro 3) rastvor MgCl2 D) magnezijum 4) rastvor AgNO3 5) talina Ag2O 6) rastopljena MgCl2 Tok razmišljanja sličan 1. elektrolizom taline natrijum hlorida, odvija se proces elektrolize taline litijum fluorida. Za opcije A i B izaberite odgovore 2. 2. Srebro se može dobiti iz rastvora njegove soli – srebrovog nitrata. 3. Magnezijum se ne može dobiti iz rastvora soli. Biramo opciju 6 – taljenje magnezijum hlorida.
A
B
IN
G
2
2
4
6
U 3. (Var.9)
Uspostaviti korespondenciju između formule soli i jednačine procesa koji se odvija na katodi tokom elektrolize njene vodene otopine.
JEDNAČINA FORMULE SOLI KATODNOG PROCESA
A) Al(NO3)3 1) 2H2O – 4e- → O2 + 4H+
B) CuCl2 2) 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
B) SbCl3 3) Cu2+ + 1e- → Cu+
D) Cu(NO3)2 4) Sb3+ - 2 e- → Sb5+ 5) Sb3+ + 3e- → Sb0
6) Cu2+ + 2e- → Cu0
Tok rezonovanja: 1. Na katodi se dešavaju procesi redukcije metalnih katjona ili vode. Stoga odmah isključujemo opcije 1 i 4. 2. Za Al(NO3)3: na katodi je u toku proces redukcije vode. Biramo opciju 2. 3. Za CuCl2: metalni katjoni Cu2+ su reducirani. Biramo opciju 6. 4. Za SbSl3: metalni katjoni Sb3+ su redukovani. Biramo opciju 5. 5. Za Cu(NO3)2: metalni katjoni Cu2+ su reducirani. Biramo opciju 6.
A
B
IN
G
2
Elektroliza (grčki elektron - ćilibar + liza - razlaganje) - hemijska reakcija, koji nastaje kada jednosmjerna struja prolazi kroz elektrolit. To je razlaganje tvari na sastavne dijelove pod utjecajem električne struje.
Proces elektrolize uključuje kretanje kationa (pozitivno nabijenih jona) do katode (negativno nabijene), i negativno nabijenih jona (aniona) do anode (pozitivno nabijene).
Dakle, anjoni i kationi jure na anodu i katodu, respektivno. Ovdje se odvija hemijska reakcija. Za uspješno rješavanje problema na ovu temu i pisanje reakcija potrebno je razdvojiti procese na katodi i anodi. Upravo ovako će biti strukturiran ovaj članak.
Katoda
Katode privlače katjone - pozitivno nabijene jone: Na +, K +, Cu 2+, Fe 3+, Ag + itd.
Da biste ustanovili koja se reakcija odvija na katodi, prije svega, morate odrediti aktivnost metala: njegov položaj u elektrohemijskom nizu napona metala.
Ako se na katodi pojavi aktivni metal (Li, Na, K), tada se umjesto toga redukuju molekuli vode iz kojih se oslobađa vodik. Ako je metal srednje aktivnosti (Cr, Fe, Cd), na katodi se oslobađaju i vodonik i sam metal. Niskoaktivni metali se oslobađaju na katodi u čistom obliku (Cu, Ag).
Napominjem da se aluminijum smatra granicom između aktivnih i srednje aktivnih metala u naponskom nizu. Tokom elektrolize na katodi, metali do i uključujući aluminijum se ne redukuju, molekuli vode se redukuju i oslobađa se vodonik.
Ako se joni vodonika - H + dovode na katodu (na primjer, tokom elektrolize kiselina HCl, H 2 SO 4), vodonik se reducira iz molekula kiseline: 2H + - 2e = H 2
Anoda
Anjoni se privlače na anodu - negativno nabijeni joni: SO 4 2-, PO 4 3-, Cl -, Br -, I -, F -, S 2-, CH 3 COO -.
Prilikom elektrolize anjona koji sadrže kisik: SO 4 2-, PO 4 3- - ne oksidiraju se anjoni na anodi, već molekuli vode iz kojih se oslobađa kisik.
Anioni bez kisika se oksidiraju i oslobađaju odgovarajuće halogene. Sulfidni joni tokom oksidacije i oksidacije sumpora. Izuzetak je fluor - ako uđe u anodu, molekula vode se ispušta i oslobađa kisik. Fluor je najelektronegativniji element i stoga je izuzetak.
Anioni organskih kiselina oksidiraju se na poseban način: radikal koji se nalazi uz karboksilnu grupu se udvostručuje, a sama karboksilna grupa (COO) se pretvara u ugljen-dioksid- CO 2 .
Primjeri rješenja
Tokom treninga možete naići na metale koji su propušteni u seriji aktivnosti. U fazi učenja možete koristiti prošireni raspon metalnih aktivnosti.
Sada ćete tačno znati šta se oslobađa na katodi ;-)
Pa, hajde da vežbamo. Hajde da saznamo šta se formira na katodi i anodi tokom elektrolize rastvora AgCl, Cu(NO 3) 2, AlBr 3, NaF, FeI 2, CH 3 COOLi.
Ponekad zadaci zahtijevaju zapisivanje reakcije elektrolize. Da vam kažem: ako razumijete šta se formira na katodi, a šta na anodi, onda pisanje reakcije nije teško. Uzmimo, na primjer, elektrolizu NaCl i napišimo reakciju:
NaCl + H 2 O → H 2 + Cl 2 + NaOH
Natrijum je aktivan metal, pa se na katodi oslobađa vodonik. Anion ne sadrži kisik, oslobađa se halogen - hlor. Pišemo jednačinu tako da ne možemo učiniti da natrijum ispari bez traga:) Natrijum reaguje sa vodom i formira NaOH.
Napišimo reakciju elektrolize za CuSO 4:
CuSO 4 + H 2 O → Cu + O 2 + H 2 SO 4
Bakar je niskoaktivan metal, pa se oslobađa u čistom obliku na katodi. Anion sadrži kisik, pa se kisik oslobađa u reakciji. Sulfatni ion ne nestaje nigdje, spaja se s vodikom i pretvara se u sivu kiselinu.
Elektroliza taline
Sve o čemu smo do sada govorili odnosilo se na elektrolizu rastvora u kojima je rastvarač voda.
Industrijska hemija se suočava sa važnim zadatkom - da dobije metale (supstance) u njihovom čistom obliku. Niskoaktivni metali (Ag, Cu) se lako mogu dobiti elektrolizom rastvora.
Ali šta je sa aktivnim metalima: Na, K, Li? Zaista, tokom elektrolize njihovih rastvora, oni se ne oslobađaju na katodi u čistom obliku, umesto toga, molekuli vode se redukuju i oslobađa se vodonik. Tu dobro dolaze taline koje ne sadrže vodu.
U bezvodnim talinama reakcije se pišu još jednostavnije: tvari se raspadaju na sastavne dijelove:
AlCl 3 → Al + Cl 2
LiBr → Li + Br 2
© Bellevich Yuri Sergeevich 2018-2020
Ovaj članak je napisao Yuri Sergeevich Bellevich i njegovo je intelektualno vlasništvo. Kopiranje, distribucija (uključujući kopiranje na druge stranice i resurse na Internetu) ili bilo koje drugo korištenje informacija i objekata bez prethodnog pristanka nositelja autorskih prava je kažnjivo po zakonu. Da biste dobili materijale za članak i dozvolu za njihovo korištenje, kontaktirajte
Nazad napred
Pažnja! Pregledi slajdova služe samo u informativne svrhe i možda ne predstavljaju sve karakteristike prezentacije. Ako ste zainteresovani za ovaj rad, preuzmite punu verziju.
Rezultati Jedinstvenog državnog ispita pokazuju da zadaci na temu “Elektroliza” za maturante ostaju teški. U školskom planu i programu nedovoljan broj sati je posvećen proučavanju ove teme. Stoga je prilikom pripreme školaraca za Jedinstveni državni ispit potrebno detaljno proučiti ovo pitanje. Poznavanje osnova elektrohemije pomoći će diplomcu da uspješno položi ispit i nastavi svoje studije na visokoškolskoj ustanovi Da bi se tema „Elektroliza” proučila na dovoljnom nivou, potrebno je obaviti pripremni rad sa diplomcima koji polažu Jedinstvenu državu. Ispit: - razmotriti definicije osnovnih pojmova u temi "Elektroliza" - analizirati proces elektrolize i otopina elektrolita - utvrditi pravila za redukciju kationa na katodi i oksidaciju anjona na anodi; uloga molekula vode pri elektrolizi rastvora - razvijanje sposobnosti za sastavljanje jednadžbi za proces elektrolize (katodni i anodni procesi) - naučiti učenike da obavljaju tipične zadatke na osnovnom nivou (zadaci); složenost. Elektroliza– oksidaciono-redukcioni proces koji se javlja u rastvorima i topljenjima elektrolita tokom prolaska jednosmerne električne struje. U otopini ili topljenju elektrolita, disocira se na ione. Kada se uključi električna struja, ioni postižu usmjereno kretanje i redoks procesi se mogu javiti na površini elektroda. Anoda– pozitivna elektroda, na njoj se odvijaju procesi oksidacije.
Katoda je negativna elektroda na njoj se odvijaju procesi redukcije.
Elektroliza taline koristi se za dobijanje aktivnih metala koji se nalaze u naponskom opsegu do aluminijuma (uključivo).
Elektroliza taline natrijum hlorida
K(-) Na + + 1e -> Na 0
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 2 0
2NaCl (električna struja) -> 2Na + Cl 2 (samo za elektrolizu taline).
Aluminij se proizvodi elektrolizom otopine aluminijevog oksida u rastopljenom kriolitu (Na 3 AlF 6).
2Al 2 O 3 (električna struja) ->4Al +3O 2
K(-)Al 3+ +3e‾ ->Al
A(+)2O 2‾ -2e‾ ->O 2
Elektroliza taline kalijum hidroksida.
KOH->K + +OH‾
K(-) K + + 1e -> K 0
A(+) 4OH - - 4e -> O 2 0 +2H 2 O
4KOH (električna struja) -> 4K 0 + O 2 0 +2H 2 O
Elektroliza vodenih otopina je složenija, jer se u tom slučaju molekule vode mogu reducirati ili oksidirati na elektrodama.
Elektroliza vodenih rastvora soli složeniji zbog mogućeg učešća molekula vode na katodi i anodi u elektrodnim procesima.
Pravila za elektrolizu u vodenim rastvorima.
Na katodi:
1. Kationi koji se nalaze u naponskom opsegu metala od litijuma do aluminijuma (uključivo), kao i kationi NN 4 + se ne smanjuju, umjesto toga se obnavljaju molekuli vode:
2H 2 O + 2e->H 2 + 2OH -
2. Kationi koji se nalaze u nizu napona nakon aluminijuma u vodik mogu se reducirati zajedno sa molekulima vode:
2H 2 O + 2e->H 2 + 2OH -
Zn 2+ + 2e->Zn 0
3. Kationi koji se nalaze u naponskoj seriji nakon vodonika su potpuno reducirani: Ag + + 1e->Ag 0
4. Vodikovi joni se redukuju u kiselim rastvorima: 2N + + 2e->H 2
Na anodi:
1. Anjoni koji sadrže kiseonik i F-– ne oksidiraju, umjesto toga oksidiraju molekuli vode:
2H 2 O – 4e->O 2 + 4H +
2. Anjoni sumpora, joda, broma, hlora (ovim redom) se oksidiraju u jednostavne supstance:
2Sl - – 2e->Cl 2 0 S 2- - 2e->S 0
3. U alkalnim rastvorima, hidroksidni joni se oksidiraju:
4OH - - 4e->O 2 + 2H 2 O
4. U rastvorima soli karboksilnih kiselina anjoni se oksidiraju:
2 R - SOO - - 2e->R - R + 2SO 2
5. Kada se koriste rastvorljive anoda, elektroni se šalju u eksterno kolo od strane same anode usled oksidacije atoma metala od kojih je anoda napravljena:
Su 0 - 2e->Cu 2+
Primjeri procesa elektrolize u vodenim otopinama elektrolita
Primjer 1. K 2 SO 4 -> 2K + + SO 4 2-
K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -
A(+)2H 2 O – 4e‾ -> O 2 + 4H +
Opća jednadžba elektrolize: 2H 2 O (električna struja) -> 2 H 2 + O 2
Primjer 2. NaCl ->Na + +Cl‾
K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 2 0
2NaCl + 2H 2 O (električna struja) -> H 2 + 2NaOH + Cl 2
Primjer 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-
K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu
A(+)2H 2 O – 4e‾ -> O 2 + 4H +
Opća jednadžba elektrolize: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (električna struja) -> 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4
Primjer 4. CH 3 COONa->CH 3 COO‾ +Na +
K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -
A(+)2CH 3 COO‾– 2e‾ ->C 2 H 6 +2CO 2
Opća jednačina za elektrolizu je:
CH 3 COONa+2H 2 O (električna struja) -> H 2 + 2NaHCO 3 +C 2 H 6
Zadaci osnovnog nivoa težine
Test na temu „Elektroliza taline i rastvora soli. Niz metalnih naprezanja.”
1. Alkalija je jedan od proizvoda elektrolize u vodenom rastvoru:
1) KCI 2) CuSO 4 3) FeCI 2 4) AgNO 3
2. Prilikom elektrolize vodenog rastvora kalijum nitrata na anodi, oslobađa se: 1) O 2 2) NO 2 3) N 2 4) H 23. Vodonik nastaje elektrolizom vodenog rastvora: 1) CaCI 2 2) CuSO 4 3) Hg(NO 3) 2 4) AgNO 34. Reakcija je moguća između: 1) Ag i K 2 SO 4 (rastvor) 2) Zn i KCI (rastvor) 3) Mg i SnCI 2(rastvor) 4) Ag i CuSO 4 (rastvor)5. Tokom elektrolize rastvora natrijum jodida na katodi, boja lakmusa u rastvoru je: 1) crvena 2 ) plava 3) ljubičasta 4) žuta6. Prilikom elektrolize vodenog rastvora kalijum fluorida na katodi oslobađa se: 1) vodonik 2) fluorovodonik 3) fluor 4) kiseonik
Problemi na temu "Elektroliza"
1. Elektroliza 400 g 20% rastvora natrijum hlorida je zaustavljena kada se na katodi oslobodilo 11,2 l (n.s.) gasa. Stepen razgradnje originalne soli (u%) je:
1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18
Rješenje problema. Napravimo jednačinu za reakciju elektrolize: 2NaCl + 2H 2 O→H 2 +Cl 2 +2NaOHm(NaCl)=400∙0.2=80 g soli je bilo u rastvoru.ν(H2)=11.2/22.4=0. 5 mol ν(NaCl)=0,5∙2=1 molm(NaCl)= 1∙58,5=58,5 g soli je razloženo tokom elektrolize. Stepen razgradnje soli 58,5/80=0,73 ili 73%.Odgovor: 73% soli se razgradilo.
2. Izvršili smo elektrolizu 200 g 10% rastvora hrom (III) sulfata do potpunog trošenja soli (oslobađanje metala na katodi). Masa (u gramima) potrošene vode je:
1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52
Rješenje problema. Napravimo jednačinu za reakciju elektrolize: 2Cr 2 (SO 4) 3 +6H 2 O→4Cr +3O 2 +6H 2 SO 4m(Cr 2 (SO 4) 3)=200∙0.1=20gν(Cr 2 (SO 4) 3)=20/392=0,051 molν(H 2 O)=0,051∙3=0,153 molm(H2O)= 0,153∙18=2,76 gZadaci povećanog nivoa težine B3
1. Uspostavite korespondenciju između formule soli i jednačine procesa koji se odvija na anodi tokom elektrolize njenog vodenog rastvora.
3. Uspostavite korespondenciju između formule soli i jednačine procesa koji se odvija na katodi tokom elektrolize njenog vodenog rastvora.
5. Uspostavite korespondenciju između naziva supstance i proizvoda elektrolize njenog vodenog rastvora.
Odgovori: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. Tako, dok izučavaju temu elektrolize, maturanti dobro savladaju ovaj dio i polažu dobre rezultate na ispitu. Proučavanje gradiva popraćeno je izlaganjem na ovu temu.Uspostavite korespondenciju između formule soli i proizvoda formiranog na inertnoj anodi tokom elektrolize njene vodene otopine: za svaki položaj označen slovom, odaberite odgovarajući položaj označen brojem.
| SOLI FORMULA | PROIZVOD NA ANODI | |
| A | B | IN | G |
Rješenje.
Tokom elektrolize vodenih rastvora soli, lužina i kiselina na inertnoj anodi:
Voda se ispušta i oslobađa kisik ako je sol kiseline koja sadrži kisik ili sol fluorovodične kiseline;
Hidroksidni joni se ispuštaju i oslobađa se kisik ako je alkalija;
Kiseli ostatak koji se nalazi u soli se ispušta, a odgovarajuća jednostavna tvar se oslobađa ako je sol kiseline bez kisika (osim za ).
Proces elektrolize soli karboksilnih kiselina odvija se na poseban način.
Odgovor: 3534.
Odgovor: 3534
Izvor: Yandex: Obuka Rad na Jedinstvenom državnom ispitu u hemiji. Opcija 1.
Uspostavite korespondenciju između formule supstance i proizvoda koji nastaje na katodi tokom elektrolize njene vodene otopine: za svaki položaj označen slovom, odaberite odgovarajući položaj označen brojem.
| FORMULA SUPSTANCE | PROIZVOD ELEKTROLIZE, FORMIRANO NA KATODI |
|
Zapišite brojeve u svom odgovoru, slažući ih redoslijedom koji odgovara slovima:
| A | B | IN | G |
Rješenje.
Prilikom elektrolize vodenih rastvora soli na katodi oslobađa se:
Vodik, ako je sol metala koja stoji u nizu metalnih napona lijevo od aluminija;
Metal, ako je sol metala koja stoji u nizu metalnih napona desno od vodonika;
Metal i vodonik, ako se radi o soli metala koja se nalazi u nizu metalnih napona između aluminija i vodika.
Odgovor: 3511.
Odgovor: 3511
Izvor: Yandex: Trening rad Jedinstveni državni ispit iz hemije. Opcija 2.
Uspostavite korespondenciju između formule soli i proizvoda formiranog na inertnoj anodi tokom elektrolize njene vodene otopine: za svaki položaj označen slovom, odaberite odgovarajući položaj označen brojem.
| SOLI FORMULA | PROIZVOD NA ANODI | |
Zapišite brojeve u svom odgovoru, slažući ih redoslijedom koji odgovara slovima:
| A | B | IN | G |
Rješenje.
Tokom elektrolize vodenih rastvora soli kiseline koje sadrže kiseonik i fluoridi, kisik iz vode se oksidira, pa se kisik oslobađa na anodi. Prilikom elektrolize vodenih otopina kiselina bez kisika, kiselinski ostatak se oksidira.
Odgovor: 4436.
Odgovor: 4436
Uspostavite korespondenciju između formule tvari i proizvoda koji nastaje na inertnoj anodi kao rezultat elektrolize vodene otopine ove tvari: za svaki položaj označen slovom odaberite odgovarajući položaj označen brojem.
| FORMULA SUPSTANCE | PROIZVOD NA ANODI |
2) sumporov oksid(IV) 3) ugljen monoksid (IV) 5) kiseonik 6) dušikov oksid(IV) |
Zapišite brojeve u svom odgovoru, slažući ih redoslijedom koji odgovara slovima:
| A | B | IN | G |
