Zpět dopředu
Pozornost! Náhledy snímků mají pouze informativní charakter a nemusí představovat všechny funkce prezentace. Jestli máte zájem tato práce, stáhněte si prosím plnou verzi.
Výsledky jednotné státní zkoušky ukazují, že úkoly na téma „Elektrolýza“ pro absolventy zůstávají obtížné. V školní osnovy Studiu tohoto tématu je věnováno málo hodin. Při přípravě školáků na Jednotnou státní zkoušku je proto nutné tuto problematiku velmi podrobně studovat. Znalost základů elektrochemie pomůže absolventovi úspěšně složit zkoušku a pokračovat ve studiu na vysoké škole.Pro nastudování tématu „Elektrolýza“ na dostatečné úrovni je nutné provést přípravné práce s absolventy skládajícími jednotnou státní zkoušku: - zvážit definice základních pojmů v tématu „Elektrolýza“ - rozbor procesu elektrolýzy tavenin a roztoků elektrolytů - upevnit pravidla pro redukci kationtů na katodě a oxidaci anionty na anodě (úloha molekul vody při elektrolýze roztoků); - schopnost vytvářet rovnice pro proces elektrolýzy (katodové a anodové procesy); - naučit studenty provádět typické úkoly základní úroveň (úkol), pokročilá a vysoká úroveň potíže. Elektrolýza- oxidační- proces obnovy, proudící v roztocích a taveninách elektrolytů při průchodu konstanty elektrický proud. V roztoku nebo tavenině elektrolytu se disociuje na ionty. Po zapnutí elektrického proudu získávají ionty směrový pohyb a na povrchu elektrod mohou nastat redoxní procesy. Anoda– kladná elektroda, probíhají na ní oxidační procesy.
Katoda je záporná elektroda, probíhají na ní redukční procesy.
Elektrolýza tavenin slouží k získání aktivních kovů nacházejících se v rozsahu napětí až po hliník (včetně).
Elektrolýza taveniny chloridu sodného
K(-) Na + + le -> Na 0
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 20
2NaCl (elektrický proud) -> 2Na + Cl 2 (pouze pro elektrolýzu taveniny).
Hliník se vyrábí elektrolýzou roztoku oxidu hlinitého v roztaveném kryolitu (Na 3 AlF 6).
2Al 2 O 3 (elektrický proud) ->4Al +3O 2
K(-)Al 3+ +3e‾ ->Al
A(+)2O 2‾ -2e‾ ->O 2
Elektrolýza taveniny hydroxidu draselného.
KOH->K + +OH‾
K(-) K + + 1e -> K 0
A(+)4OH--4e->020+2H20
4KOH(elektrický proud) -> 4K0 + O20 +2H20
Elektrolýza vodných roztoků je složitější, protože v tomto případě mohou být molekuly vody na elektrodách redukovány nebo oxidovány.
Elektrolýza vodných roztoků solí složitější kvůli možné účasti molekul vody na katodě a anodě v elektrodových procesech.
Pravidla pro elektrolýzu ve vodných roztocích.
Na katodě:
1. Kationty nacházející se v napěťovém rozsahu kovů od lithia po hliník (včetně), stejně jako kationty NN 4 + nejsou redukovány, místo toho se obnovují molekuly vody:
2H20 + 2e->H2 + 2OH -
2. Kationty umístěné v napěťové řadě po hliníku na vodík mohou být redukovány společně s molekulami vody:
2H20 + 2e->H2 + 2OH -
Zn 2+ + 2e->Zn 0
3. Kationty umístěné v napěťové řadě po vodíku jsou zcela redukovány: Ag ++ 1е->Ag 0
4. Vodíkové ionty jsou redukovány v kyselých roztocích: 2H + + 2е->H 2
Na anodě:
1. Anionty obsahující kyslík a F-– neoxidují, místo toho oxidují molekuly vody:
2H20 - 4e->02 + 4H+
2.Anionty síry, jódu, bromu, chloru (v tomto pořadí) se oxidují na jednoduché látky:
2Сl - – 2е->Cl 2 0 S 2- - 2е->S 0
3. V alkalických roztocích dochází k oxidaci hydroxidových iontů:
4OH - - 4e->02 + 2H20
4. V roztocích solí karboxylových kyselin dochází k oxidaci aniontů:
2 R - СОО - - 2е->R - R + 2СО 2
5. Při použití rozpustných anod jsou elektrony posílány do vnějšího obvodu samotnou anodou v důsledku oxidace atomů kovu, ze kterých je anoda vyrobena:
Сu 0 - 2е->Cu 2+
Příklady elektrolýzních procesů ve vodných roztocích elektrolytů
Příklad 1 K 2 SO 4 -> 2 K + + SO 4 2-
K(-)2H20 + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2H20 – 4e‾ -> 02 + 4H+
Obecná rovnice elektrolýzy: 2H 2 O (elektrický proud) -> 2 H 2 + O 2
Příklad 2. NaCl ->Na + +Cl‾
K(-)2H20 + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 20
2NaCl + 2H 2 O (elektrický proud) -> H 2 + 2NaOH + Cl 2
Příklad 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-
K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu
A(+)2H20 – 4e‾ -> 02 + 4H+
Obecná rovnice elektrolýzy: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (elektrický proud) -> 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4
Příklad 4. CH3COONa->CH3COO‾ +Na +
K(-)2H20 + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2CH 3 COO‾– 2e‾ ->C 2H 6 +2CO 2
Obecná rovnice elektrolýzy je:
CH 3 COONa+2H 2 O (elektrický proud) -> H 2 + 2NaHCO 3 +C 2 H 6
Základní úkoly na úrovni obtížnosti
Test na téma „Elektrolýza tavenin a roztoků solí. Řada kovových namáhání."
1. Alkálie je jedním z produktů elektrolýzy ve vodném roztoku:
1) KCI 2) CuSO 4 3) FeCI 2 4) AgNO 3
2. Při elektrolýze vodného roztoku dusičnanu draselného na anodě se uvolňuje: 1) O 2 2) NO 2 3) N 2 4) H 23. Vodík vzniká při elektrolýze vodného roztoku: 1) CaCI 2 2) CuSO 4 3) Hg(NO 3) 2 4) AgNO 34. Reakce je možná mezi: 1) Ag a K 2 SO 4 (roztok) 2) Zn a KCI (roztok) 3) Mg a SnCI 2(roztok) 4) Ag a CuS04 (roztok)5. Při elektrolýze roztoku jodidu sodného na katodě je barva lakmusu v roztoku: 1) červená 2 ) modrá 3) fialová 4) žlutá6. Při elektrolýze vodného roztoku fluoridu draselného na katodě se uvolňuje: 1) vodík 2) fluorovodík 3) fluor 4) kyslík
Problémy na téma "Elektrolýza"
1. Elektrolýza 400 g 20% roztoku chloridu sodného byla zastavena, když se na katodě uvolnilo 11,2 l (n.s.) plynu. Stupeň rozkladu původní soli (v %) je:
1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18
Řešení problému. Vytvořme rovnici pro reakci elektrolýzy: 2NaCl + 2H 2 O→H 2 +Cl 2 +2NaOHm(NaCl)=400∙0,2=80 g soli bylo v roztoku.ν(H 2)=11,2/22,4=0 . Při elektrolýze bylo rozloženo 5 mol ν(NaCl)=0,5∙2=1 mol(NaCl)= 1∙58,5=58,5 g soli Stupeň rozkladu soli 58,5/80=0,73 nebo 73 %.Odpověď: 73 % soli se rozložilo.
2. Provedli jsme elektrolýzu 200 g 10% roztoku síranu chromitého až do úplného spotřebování soli (na katodě se uvolňuje kov). Hmotnost (v gramech) spotřebované vody je:
1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52
Řešení problému. Vytvořme rovnici pro reakci elektrolýzy: 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(H20)=0,051∙3=0,153 molm(H20)= 0,153∙18=2,76 gÚkoly vyšší úroveň obtížnost B3
1. Stanovte shodu mezi vzorcem soli a rovnicí procesu probíhajícího na anodě během elektrolýzy jejího vodného roztoku.
3. Stanovte shodu mezi vzorcem soli a rovnicí procesu probíhajícího na katodě během elektrolýzy jejího vodného roztoku.
5. Stanovte shodu mezi názvem látky a produkty elektrolýzy jejího vodného roztoku.
Odpovědi: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. Při studiu tématu elektrolýza tedy absolventi dobře ovládají tuto sekci a vykazují dobré výsledky u zkoušky. Studium materiálu je doprovázeno prezentací na toto téma.Téma 6. „Elektrolýza roztoků a roztavených solí“
1. Elektrolýza je oxidačně-redukční proces, ke kterému dochází na elektrodách, když elektrický proud prochází roztokem nebo roztaveným elektrolytem.
2. Katoda je záporně nabitá elektroda. Dochází k redukci kovových a vodíkových kationtů (v kyselinách) nebo molekul vody.
3. Anoda je kladně nabitá elektroda. Dochází k oxidaci aniontů kyselého zbytku a hydroxyskupiny (v alkáliích).
4. Při elektrolýze solného roztoku je v reakční směsi přítomna voda. Protože voda může vykazovat jak oxidační, tak redukční vlastnosti, je „konkurentem“ pro katodické i anodické procesy.
5. Existují elektrolýzy inertními elektrodami (grafit, uhlík, platina) a aktivní anodou (rozpustná), dále elektrolýza tavenin a roztoků elektrolytů.
KATODOVÉ PROCESY
Pokud je kov v rozsahu napětí:
Poloha kovu v řadě napětí
Regenerace na katodě
z Li do Al
Molekuly vody se redukují: 2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
z Mn na Pb
Redukují se molekuly vody i kationty kovů:
2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
Muži+ + ne- → Já0
z Cu do Au
Kovové kationty jsou redukovány: Men+ + ne- → Me0
ANODICKÉ PROCESY
Zbytek kyseliny
acm-
Anoda
Rozpustný
(železo, zinek, měď, stříbro)
Nerozpustný
(grafit, zlato, platina)
Bez kyslíku
Oxidace anodového kovu
М0 – ne- = Mn+
anodový roztok
Oxidace aniontů (kromě F-)
Acm- - me- = Ac0
Obsahující kyslík
Fluoridový ion (F-)
V kyselém a neutrálním prostředí:
2 H20 - 4e- -> 020 + 4H+
V alkalickém prostředí:
4OH- - 4e- = 020+ 2H20
Příklady procesů elektrolýzy tavenin s inertními elektrodami
V tavenině elektrolytu jsou přítomny pouze jeho ionty, takže kationty elektrolytu jsou redukovány na katodě a anionty jsou oxidovány na anodě.
1. Uvažujme elektrolýzu taveniny chloridu draselného.
Tepelná disociace KCl → K+ + Cl-
K(-) K++ + 1e- → K0
A (+) 2Cl- - 2e- -> Cl02
Souhrnná rovnice:
2KCl -> 2K0 + Cl20
2. Uvažujme elektrolýzu taveniny chloridu vápenatého.
Tepelná disociace CaCl2 → Ca2+ + 2Cl-
K(-) Ca2+ + 2e- → Ca0
A (+) 2Cl- - 2e- -> Cl02
Souhrnná rovnice:
CaCl2 -> Ca0 + Cl20
3. Uvažujme elektrolýzu roztaveného hydroxidu draselného.
Tepelná disociace KOH → K+ + OH-
K(-) K++ + 1e- → K0
A (+) 4OH- - 4e- -> 020 + 2H20
Souhrnná rovnice:
4KON → 4K0 + O20 + 2H2O
Příklady procesů elektrolýzy roztoků elektrolytů s inertními elektrodami
Na rozdíl od tavenin jsou v roztoku elektrolytu kromě jeho iontů molekuly vody. Při zvažování procesů na elektrodách je proto nutné počítat s jejich účastí. Elektrolýza solného roztoku tvořeného aktivním kovem v napěťové řadě až po hliník a kyselý zbytek kyseliny obsahující kyslík se redukuje na elektrolýzu vody. 1. Uvažujme elektrolýzu vodného roztoku síranu hořečnatého. MgS04 je sůl, která je tvořena kovem v napěťové řadě až po hliník a zbytkem kyseliny obsahující kyslík. Disociační rovnice: MgSO4 → Mg2+ + SO42- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Souhrnná rovnice: 6H2O = 2H20 + 4OH- + O20 + 4H+ 2H2O = 2H20 + O20 2. Uvažujme elektrolýzu vodného roztoku síranu měďnatého. CuSO4 je sůl tvořená nízkoaktivním kovem a kyselým zbytkem obsahujícím kyslík. V tomto případě elektrolýza produkuje kov a kyslík a v prostoru katoda-anoda se tvoří odpovídající kyselina. Disociační rovnice: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Rovnice celkem: 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu0 + O20 + 4H+ 2CuSO4 + 2H02 + 2H2S04
3. Uvažujme elektrolýzu vodného roztoku chloridu vápenatého. CaCl2 je sůl tvořená aktivním kovem a zbytkem kyseliny bez kyslíku. V tomto případě se při elektrolýze tvoří vodík a halogen a v prostoru katoda-anoda vzniká alkálie. Disociační rovnice: CaCl2 → Ca2+ + 2Cl- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2Cl- – 2e- = Cl20 Rovnice celkem: 2H2O + 2Cl- = Cl20 + 2OH- CaCl2 + 2H2O = Ca (OH)2 + Cl20 + H20 4. Uvažujme elektrolýzu vodného roztoku chloridu měďnatého (II). CuCl2 je sůl, která je tvořena nízkoaktivním kovem a kyselým zbytkem kyseliny bez kyslíku. V tomto případě se tvoří kov a halogen. Disociační rovnice: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2Сl- – 2е- = Cl20 Celková rovnice: Cu2+ + 2Cl- = Cu0 + Cl20 CuCl2 = Cu0 + Cl20 5. Uvažujme procesní elektrolýza roztoku octanu sodného. CH3COONa je sůl, která je tvořena aktivním kovem a kyselým zbytkem karboxylové kyseliny. Elektrolýzou vzniká vodík, alkálie. Disociační rovnice: CH3COONa → CH3COO - + Na+ K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2CH3COO¯− 2e = C2H6 + 2CO2 Rovnice celkem: 2H2O + 2CH3COO¯ = H20 + 2OH - + C2H6OH - + + 2CO2 2Н2О + 2CH3COONa = 2NaОH + Н20 + C2H6 + 2CO2 6. Uvažujme proces elektrolýzy roztoku dusičnanu nikelnatého. Ni(NO3)2 je sůl, která je tvořena kovem v napěťové řadě od Mn do H2 a zbytkem kyseliny obsahující kyslík. V procesu získáváme kov, vodík, kyslík a kyselinu. Disociační rovnice: Ni(NO3)2 → Ni2+ + 2NO3- K (-) Ni2+ +2e- = Ni0 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Souhrnná rovnice: Ni2+ + 2H2O + 2H2O = Ni0 + H20 + 2OH- + O20 + 4H+ Ni(NO3)2 + 2H2O = Ni0 +2HNO3 + H20 + O20 7. Uvažujme proces elektrolýzy roztoku kyseliny sírové. Rovnice disociace: H2SO4 → 2H+ + SO42- K (-) 2H+ +2e- = H20 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Rovnice celkem: 2H2O + 4H+ = 2H20 + O20 + 4H+ 2H20 = 2H2
8. Uvažujme proces elektrolýzy roztoku hydroxidu sodného. V tomto případě dochází pouze k elektrolýze vody. Podobně probíhá elektrolýza roztoků H2SO4, NaNO3, K2SO4 atd. Disociační rovnice: NaOH → Na+ + OH- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 4OH- – 4e- = O20 + 2H2O Souhrnná rovnice: 4H2O + 4OH- = 2H20 + 4OH- + O20 + 2H2O 2H2O = 2H20 + O20
Příklady procesů elektrolýzy roztoků elektrolytů s rozpustnými elektrodami
Při elektrolýze samotná rozpustná anoda prochází oxidací (rozpouštěním). 1. Zvažte proces elektrolýzy síranu měďnatého s měděnou anodou. Při elektrolýze roztoku síranu měďnatého měděnou anodou dochází k uvolňování mědi na katodě a postupnému rozpouštění anody, navzdory povaze aniontu. Množství síranu měďnatého v roztoku zůstává nezměněno. Disociační rovnice: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ +2e- → Cu0 A (+) Cu0 - 2e- → Cu2+ přechod iontů mědi z anody na katodu
Příklady úloh na toto téma ve variantách jednotné státní zkoušky
AT 3. (Var.5)
Stanovte shodu mezi vzorcem látky a produkty elektrolýzy jejího vodného roztoku na inertních elektrodách.
VZORCE VÝROBKŮ LÁTKOVÉ ELEKTROLYZY
A) Al2(SO4)3 1. hydroxid kovu, kys
B) CsOH 2. kov, halogen
B) Hg(NO3)2 3. kov, kyslík
D) AuBr3 4. vodík, halogen 5. vodík, kyslík 6. kov, kyselina, kyslík Zdůvodnění: 1. Při elektrolýze Al2(SO4)3 a CsOH na katodě se voda redukuje na vodík. Vylučujeme možnosti 1, 2, 3 a 6. 2. Pro Al2(SO4)3 se voda na anodě oxiduje na kyslík. Zvolíme možnost 5. U CsOH se hydroxidový iont na anodě oxiduje na kyslík. Volíme možnost 5. 3. Při elektrolýze Hg(NO3)2 a AuBr3 dochází na katodě k redukci kationtů kovů. 4. Pro Hg(NO3)2 se na anodě oxiduje voda. Dusičnanové ionty se v roztoku vážou s vodíkovými kationty a tvoří se v anodovém prostoru kyselina dusičná. Zvolíme možnost 6. 5. Pro AuBr3 se Br- anion na anodě oxiduje na Br2. Vybíráme možnost 2.
A
B
V
G
5
5
6
2
AT 3. (Var.1)
Přiřaďte název látky ke způsobu její přípravy.
NÁZEV VÝROBY LÁTKY ELEKTROlýzou A) lithium 1) roztok LiF B) fluor 2) tavenina LiF C) stříbro 3) roztok MgCl2 D) hořčík 4) roztok AgNO3 5) tavenina Ag2O 6) tavenina MgCl2 Průběh úvahy: 1. Obdobně jako elektrolýza taveniny chloridu sodného probíhá proces elektrolýzy taveniny fluoridu lithného. Pro možnosti A a B zvolte odpovědi 2. 2. Stříbro lze získat z roztoku jeho soli – dusičnanu stříbrného. 3. Hořčík nelze získat ze solného roztoku. Volíme možnost 6 – tavenina chloridu hořečnatého.
A
B
V
G
2
2
4
6
AT 3. (var. 9)
Stanovte soulad mezi vzorcem soli a rovnicí procesu probíhajícího na katodě během elektrolýzy jejího vodného roztoku.
ROVNICE SOLI VZORCE KATODOVÉHO PROCESU
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
Průběh úvahy: 1. Na katodě probíhají redukční procesy kationtů kovů nebo vody. Proto okamžitě vylučujeme možnosti 1 a 4. 2. Pro Al(NO3)3: na katodě probíhá proces redukce vody. Zvolíme možnost 2. 3. Pro CuCl2: kovové kationty Cu2+ jsou redukovány. Zvolíme možnost 6. 4. Pro SbСl3: kovové kationty Sb3+ jsou redukovány. Zvolíme možnost 5. 5. Pro Cu(NO3)2: kovové kationty Cu2+ jsou redukovány. Vybíráme možnost 6.
A
B
V
G
2
Elektrolýza (řecký elektron - jantar + lýza - rozklad) - chemická reakce, ke kterému dochází při průchodu stejnosměrného proudu elektrolytem. Jedná se o rozklad látek na jejich složky působením elektrického proudu.
Proces elektrolýzy zahrnuje pohyb kationtů (kladně nabité ionty) ke katodě (záporně nabité) a záporně nabitých iontů (aniontů) k anodě (kladně nabité).
Anionty a kationty tedy spěchají k anodě a katodě. Zde probíhá chemická reakce. Pro úspěšné řešení úloh na toto téma a psaní reakcí je nutné oddělit procesy na katodě a anodě. Přesně tak bude tento článek strukturován.
Katoda
Ke katodě jsou přitahovány kationty - kladně nabité ionty: Na +, K +, Cu 2+, Fe 3+, Ag + atd.
Chcete-li zjistit, jaká reakce probíhá na katodě, musíte nejprve určit aktivitu kovu: jeho polohu v elektrochemické řadě napětí kovu.
Pokud se na katodě objeví aktivní kov (Li, Na, K), pak se místo toho redukují molekuly vody, ze kterých se uvolňuje vodík. Pokud je kov střední aktivity (Cr, Fe, Cd), uvolňuje se na katodě jak vodík, tak samotný kov. Nízko aktivní kovy se na katodě uvolňují v čisté formě (Cu, Ag).
Dovolte mi poznamenat, že hliník je považován za hranici mezi aktivními a středně aktivními kovy v napěťové řadě. Při elektrolýze na katodě se neredukují kovy až po hliník včetně, místo toho se redukují molekuly vody a uvolňuje se vodík.
Pokud jsou na katodu přiváděny vodíkové ionty - H + (např. při elektrolýze kyselin HCl, H 2 SO 4), dochází k redukci vodíku z molekul kyselin: 2H + - 2e = H 2
Anoda
Anionty jsou přitahovány k anodě - záporně nabité ionty: SO 4 2-, PO 4 3-, Cl -, Br -, I -, F -, S 2-, CH 3 COO -.
Při elektrolýze aniontů obsahujících kyslík: SO 4 2-, PO 4 3- - se na anodě neoxidují anionty, ale molekuly vody, ze kterých se uvolňuje kyslík.
Bezkyslíkaté anionty se oxidují a uvolňují odpovídající halogeny. Sulfidový ion při oxidaci a oxidaci síry. Výjimkou je fluor - pokud se dostane do anody, molekula vody se vybije a uvolní se kyslík. Fluor je nejvíce elektronegativní prvek, a proto je výjimkou.
Anionty organických kyselin se oxidují zvláštním způsobem: radikál sousedící s karboxylovou skupinou se zdvojnásobí a samotná karboxylová skupina (COO) se změní na oxid uhličitý- CO2.
Příklady řešení
Během cvičení můžete narazit na kovy, které v sérii aktivit chyběly. Ve fázi učení můžete využít rozšířenou škálu kovových aktivit.
Nyní budete přesně vědět, co se na katodě uvolňuje ;-)
Tak pojďme cvičit. Pojďme zjistit, co vzniká na katodě a anodě při elektrolýze roztoků AgCl, Cu(NO 3) 2, AlBr 3, NaF, FeI 2, CH 3 COOLi.
Někdy úkoly vyžadují zapsání reakce elektrolýzy. Řeknu vám: pokud rozumíte tomu, co se tvoří na katodě a co se tvoří na anodě, pak není těžké napsat reakci. Vezměme si například elektrolýzu NaCl a zapišme reakci:
NaCl + H20 -> H2 + Cl2 + NaOH
Sodík je aktivní kov, proto se na katodě uvolňuje vodík. Anion neobsahuje kyslík, uvolňuje se halogen - chlór. Rovnici napíšeme tak, aby se nám sodík beze zbytku odpařil:) Sodík reaguje s vodou za vzniku NaOH.
Zapišme elektrolýzní reakci pro CuSO 4:
CuSO 4 + H 2 O → Cu + O 2 + H 2 SO 4
Měď je málo aktivní kov, takže se uvolňuje v čisté formě na katodě. Anion obsahuje kyslík, takže se při reakci uvolňuje kyslík. Síranový iont nikde nezmizí, spojí se s vodíkem vody a přemění se v šedou kyselinu.
Elektrolýza tavenin
Vše, co jsme až do tohoto bodu probrali, se týkalo elektrolýzy roztoků, kde rozpouštědlem je voda.
Průmyslová chemie stojí před důležitým úkolem – získat kovy (látky) v jejich čisté formě. Nízkoaktivní kovy (Ag, Cu) lze snadno získat elektrolýzou roztoků.
Ale co aktivní kovy: Na, K, Li? Při elektrolýze jejich roztoků se totiž na katodě neuvolňují v čisté formě, místo toho se redukují molekuly vody a uvolňuje se vodík. Zde se hodí taveniny, které neobsahují vodu.
V bezvodých taveninách jsou reakce psány ještě jednodušeji: látky se rozkládají na své složky:
AlCl3 → Al + Cl2
LiBr → Li + Br 2
© Bellevich Yuri Sergeevich 2018-2020
Tento článek napsal Jurij Sergejevič Bellevič a je jeho duševním vlastnictvím. Kopírování, šíření (včetně kopírování na jiné stránky a zdroje na internetu) nebo jakékoli jiné použití informací a předmětů bez předchozího souhlasu držitele autorských práv je trestné ze zákona. Chcete-li získat materiály k článku a povolení k jejich použití, kontaktujte
Zpět dopředu
Pozornost! Náhledy snímků mají pouze informativní charakter a nemusí představovat všechny funkce prezentace. Pokud vás tato práce zaujala, stáhněte si prosím plnou verzi.
Výsledky jednotné státní zkoušky ukazují, že úkoly na téma „Elektrolýza“ pro absolventy zůstávají obtížné. Ve školním vzdělávacím programu je studiu tohoto tématu věnován nedostatečný počet hodin. Při přípravě školáků na Jednotnou státní zkoušku je proto nutné tuto problematiku velmi podrobně studovat. Znalost základů elektrochemie pomůže absolventovi úspěšně složit zkoušku a pokračovat ve studiu na vysoké škole.Pro nastudování tématu „Elektrolýza“ na dostatečné úrovni je nutné provést přípravné práce s absolventy přijímajícími Jednotný stát Zkouška: - zvážit definice základních pojmů v tématu „Elektrolýza“ - analyzovat proces elektrolýzy tavenin a roztoků elektrolytů - upevnit pravidla pro redukci kationtů na katodě a oxidaci aniontů na anodě (tj. role molekul vody při elektrolýze roztoků); - rozvíjení schopnosti sestavit rovnice pro proces elektrolýzy (katodové a anodické procesy); - naučit studenty provádět typické úkoly na základní úrovni ( úkoly), zvýšené a vysoké úrovni složitost. Elektrolýza– oxidačně-redukční proces, ke kterému dochází v roztocích a taveninách elektrolytů při průchodu stejnosměrného elektrického proudu. V roztoku nebo tavenině elektrolytu se disociuje na ionty. Po zapnutí elektrického proudu získávají ionty směrový pohyb a na povrchu elektrod mohou nastat redoxní procesy. Anoda– kladná elektroda, probíhají na ní oxidační procesy.
Katoda je záporná elektroda, probíhají na ní redukční procesy.
Elektrolýza tavenin slouží k získání aktivních kovů nacházejících se v rozsahu napětí až po hliník (včetně).
Elektrolýza taveniny chloridu sodného
K(-) Na + + le -> Na 0
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 20
2NaCl (elektrický proud) -> 2Na + Cl 2 (pouze pro elektrolýzu taveniny).
Hliník se vyrábí elektrolýzou roztoku oxidu hlinitého v roztaveném kryolitu (Na 3 AlF 6).
2Al 2 O 3 (elektrický proud) ->4Al +3O 2
K(-)Al 3+ +3e‾ ->Al
A(+)2O 2‾ -2e‾ ->O 2
Elektrolýza taveniny hydroxidu draselného.
KOH->K + +OH‾
K(-) K + + 1e -> K 0
A(+)4OH--4e->020+2H20
4KOH(elektrický proud) -> 4K0 + O20 +2H20
Elektrolýza vodných roztoků je složitější, protože v tomto případě mohou být molekuly vody na elektrodách redukovány nebo oxidovány.
Elektrolýza vodných roztoků solí složitější kvůli možné účasti molekul vody na katodě a anodě v elektrodových procesech.
Pravidla pro elektrolýzu ve vodných roztocích.
Na katodě:
1. Kationty nacházející se v napěťovém rozsahu kovů od lithia po hliník (včetně), stejně jako kationty NN 4 + nejsou redukovány, místo toho se obnovují molekuly vody:
2H20 + 2e->H2 + 2OH -
2. Kationty umístěné v napěťové řadě po hliníku na vodík mohou být redukovány společně s molekulami vody:
2H20 + 2e->H2 + 2OH -
Zn 2+ + 2e->Zn 0
3. Kationty umístěné v napěťové řadě po vodíku jsou zcela redukovány: Ag ++ 1е->Ag 0
4. Vodíkové ionty jsou redukovány v kyselých roztocích: 2H + + 2е->H 2
Na anodě:
1. Anionty obsahující kyslík a F-– neoxidují, místo toho oxidují molekuly vody:
2H20 - 4e->02 + 4H+
2.Anionty síry, jódu, bromu, chloru (v tomto pořadí) se oxidují na jednoduché látky:
2Сl - – 2е->Cl 2 0 S 2- - 2е->S 0
3. V alkalických roztocích dochází k oxidaci hydroxidových iontů:
4OH - - 4e->02 + 2H20
4. V roztocích solí karboxylových kyselin dochází k oxidaci aniontů:
2 R - СОО - - 2е->R - R + 2СО 2
5. Při použití rozpustných anod jsou elektrony posílány do vnějšího obvodu samotnou anodou v důsledku oxidace atomů kovu, ze kterých je anoda vyrobena:
Сu 0 - 2е->Cu 2+
Příklady elektrolýzních procesů ve vodných roztocích elektrolytů
Příklad 1 K 2 SO 4 -> 2 K + + SO 4 2-
K(-)2H20 + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2H20 – 4e‾ -> 02 + 4H+
Obecná rovnice elektrolýzy: 2H 2 O (elektrický proud) -> 2 H 2 + O 2
Příklad 2. NaCl ->Na + +Cl‾
K(-)2H20 + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 20
2NaCl + 2H 2 O (elektrický proud) -> H 2 + 2NaOH + Cl 2
Příklad 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-
K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu
A(+)2H20 – 4e‾ -> 02 + 4H+
Obecná rovnice elektrolýzy: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (elektrický proud) -> 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4
Příklad 4. CH3COONa->CH3COO‾ +Na +
K(-)2H20 + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2CH 3 COO‾– 2e‾ ->C 2H 6 +2CO 2
Obecná rovnice elektrolýzy je:
CH 3 COONa+2H 2 O (elektrický proud) -> H 2 + 2NaHCO 3 +C 2 H 6
Základní úkoly na úrovni obtížnosti
Test na téma „Elektrolýza tavenin a roztoků solí. Řada kovových namáhání."
1. Alkálie je jedním z produktů elektrolýzy ve vodném roztoku:
1) KCI 2) CuSO 4 3) FeCI 2 4) AgNO 3
2. Při elektrolýze vodného roztoku dusičnanu draselného na anodě se uvolňuje: 1) O 2 2) NO 2 3) N 2 4) H 23. Vodík vzniká při elektrolýze vodného roztoku: 1) CaCI 2 2) CuSO 4 3) Hg(NO 3) 2 4) AgNO 34. Reakce je možná mezi: 1) Ag a K 2 SO 4 (roztok) 2) Zn a KCI (roztok) 3) Mg a SnCI 2(roztok) 4) Ag a CuS04 (roztok)5. Při elektrolýze roztoku jodidu sodného na katodě je barva lakmusu v roztoku: 1) červená 2 ) modrá 3) fialová 4) žlutá6. Při elektrolýze vodného roztoku fluoridu draselného na katodě se uvolňuje: 1) vodík 2) fluorovodík 3) fluor 4) kyslík
Problémy na téma "Elektrolýza"
1. Elektrolýza 400 g 20% roztoku chloridu sodného byla zastavena, když se na katodě uvolnilo 11,2 l (n.s.) plynu. Stupeň rozkladu původní soli (v %) je:
1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18
Řešení problému. Vytvořme rovnici pro reakci elektrolýzy: 2NaCl + 2H 2 O→H 2 +Cl 2 +2NaOHm(NaCl)=400∙0,2=80 g soli bylo v roztoku.ν(H 2)=11,2/22,4=0 . Při elektrolýze bylo rozloženo 5 mol ν(NaCl)=0,5∙2=1 mol(NaCl)= 1∙58,5=58,5 g soli Stupeň rozkladu soli 58,5/80=0,73 nebo 73 %.Odpověď: 73 % soli se rozložilo.
2. Provedli jsme elektrolýzu 200 g 10% roztoku síranu chromitého až do úplného spotřebování soli (na katodě se uvolňuje kov). Hmotnost (v gramech) spotřebované vody je:
1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52
Řešení problému. Vytvořme rovnici pro reakci elektrolýzy: 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(H20)=0,051∙3=0,153 molm(H20)= 0,153∙18=2,76 gÚkoly se zvýšenou obtížností B3
1. Stanovte shodu mezi vzorcem soli a rovnicí procesu probíhajícího na anodě během elektrolýzy jejího vodného roztoku.
3. Stanovte shodu mezi vzorcem soli a rovnicí procesu probíhajícího na katodě během elektrolýzy jejího vodného roztoku.
5. Stanovte shodu mezi názvem látky a produkty elektrolýzy jejího vodného roztoku.
Odpovědi: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. Při studiu tématu elektrolýza tedy absolventi dobře ovládají tuto sekci a vykazují dobré výsledky u zkoušky. Studium materiálu je doprovázeno prezentací na toto téma.Stanovte shodu mezi vzorcem soli a produktem vytvořeným na inertní anodě během elektrolýzy jejího vodného roztoku: pro každou pozici označenou písmenem vyberte odpovídající pozici označenou číslem.
| SŮL FORMULE | VÝROBEK NA ANODĚ | |
| A | B | V | G |
Řešení.
Při elektrolýze vodných roztoků solí, zásad a kyselin na inertní anodě:
Voda se vypouští a kyslík se uvolňuje, pokud se jedná o sůl kyseliny obsahující kyslík nebo sůl kyseliny fluorovodíkové;
Hydroxidové ionty se uvolňují a kyslík se uvolňuje, pokud se jedná o alkálii;
Kyselý zbytek obsažený v soli se vypustí a uvolní se odpovídající jednoduchá látka, pokud se jedná o sůl kyseliny bez kyslíku (kromě ).
Proces elektrolýzy solí karboxylových kyselin probíhá zvláštním způsobem.
Odpověď: 3534.
Odpověď: 3534
Zdroj: Yandex: Školení Práce na jednotné státní zkoušce v chemii. Možnost 1.
Stanovte shodu mezi vzorcem látky a produktem vytvořeným na katodě během elektrolýzy jejího vodného roztoku: pro každou pozici označenou písmenem vyberte odpovídající pozici označenou číslem.
| VZORCE LÁTKY | VÝROBEK ELEKTROLYZY, VYTVOŘENO NA KATODĚ |
|
Zapište si čísla ve své odpovědi a seřaďte je v pořadí odpovídajícím písmenům:
| A | B | V | G |
Řešení.
Během elektrolýzy vodných roztoků solí na katodě se uvolňuje:
Vodík, pokud je to sůl kovu stojící v řadě kovových napětí nalevo od hliníku;
Kov, pokud je to sůl kovu stojící v řadě kovových napětí napravo od vodíku;
Kov a vodík, pokud je to sůl kovu, který je v sérii kovových napětí mezi hliníkem a vodíkem.
Odpověď: 3511.
Odpověď: 3511
Zdroj: Yandex: Školicí práce Jednotná státní zkouška z chemie. Možnost 2.
Stanovte shodu mezi vzorcem soli a produktem vytvořeným na inertní anodě během elektrolýzy jejího vodného roztoku: pro každou pozici označenou písmenem vyberte odpovídající pozici označenou číslem.
| SŮL FORMULE | VÝROBEK NA ANODĚ | |
Zapište si čísla ve své odpovědi a seřaďte je v pořadí odpovídajícím písmenům:
| A | B | V | G |
Řešení.
Při elektrolýze vodných roztoků solí kyseliny obsahující kyslík a fluoridy se kyslík z vody oxiduje, takže se na anodě uvolňuje kyslík. Při elektrolýze vodných roztoků bezkyslíkatých kyselin dochází k oxidaci zbytku kyseliny.
Odpověď: 4436.
Odpověď: 4436
Stanovte shodu mezi vzorcem látky a produktem, který vzniká na inertní anodě v důsledku elektrolýzy vodného roztoku této látky: pro každou pozici označenou písmenem vyberte odpovídající pozici označenou číslem.
| VZORCE LÁTKY | VÝROBEK NA ANODĚ |
2) oxid sírový (IV) 3) oxid uhelnatý (IV) 5) kyslík 6) oxid dusnatý (IV) |
Zapište si čísla ve své odpovědi a seřaďte je v pořadí odpovídajícím písmenům:
| A | B | V | G |
