Tillbaka framåt
Uppmärksamhet! Förhandsvisningen av bilden är endast i informationssyfte och representerar kanske inte hela presentationen. Om du är intresserad detta jobb ladda ner den fullständiga versionen.
ANVÄND resultat visa att uppgifter om ämnet "Elektrolys" för akademiker fortfarande är svåra. I Läroplanen inte tillräckligt många timmar ägnas åt att studera detta ämne. Därför, när du förbereder studenter för provet, är det nödvändigt att studera denna fråga i detalj. Kunskap om grunderna i elektrokemi kommer att hjälpa kandidaten att framgångsrikt klara provet och fortsätta sin utbildning i en högre utbildningsinstitution. För att studera ämnet "Elektrolys" på en tillräcklig nivå är det nödvändigt att utföra förberedande arbete med akademiker som klarar provet : - överväga definitionerna av de grundläggande begreppen i ämnet "Elektrolys"; - analysera processen för elektrolyssmältor och lösningar av elektrolyter; - fastställa reglerna för reduktion av katjoner vid katoden och oxidation av anjoner vid anoden (den vattenmolekylernas roll under elektrolysen av lösningar); - bildandet av färdigheter för att sätta upp ekvationer för elektrolysprocessen (katod- och anodprocesser); - lära eleverna att utföra typiska uppgifter grundläggande nivå(uppgifter), avancerad och hög nivå svårigheter. Elektrolys- oxiderande återhämtningsprocessen flödar i lösningar och smälter av elektrolyter under passagen av en konstant elektrisk ström. I en lösning eller smälta av en elektrolyt dissocierar den till joner. När den elektriska strömmen slås på får jonerna en riktad rörelse, och redoxprocesser kan inträffa på elektrodernas yta. Anod- en positiv elektrod, oxidationsprocesser äger rum på den.
Katoden är en negativ elektrod, återställningsprocesser äger rum på den.
Smältelektrolys används för att erhålla aktiva metaller placerade i en serie spänningar upp till aluminium (inklusive).
Elektrolys av natriumkloridsmälta
K(-) Na + + le -> Na 0
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl2 0
2NaCl (elektronisk ström) -> 2Na + Cl 2 (endast för smältelektrolys).
Aluminium erhålls genom elektrolys av en lösning av aluminiumoxid i smält kryolit (Na 3 AlF 6).
2Al 2 O 3 (elektronisk ström) -> 4Al + 3O 2
K(-)Al3+ +3e‾ ->Al
A(+)2O 2‾ -2e‾ ->O 2
Elektrolys av en smälta av kaliumhydroxid.
KOH->K + +OH‾
K(-) K + + 1e -> K 0
A (+) 4OH - - 4e -> O20 + 2H2O
4KOH (elektrisk ström) -> 4K 0 + O 2 0 + 2H 2 O
Elektrolysen av vattenlösningar är svårare, eftersom vattenmolekyler kan reduceras eller oxideras på elektroderna i detta fall.
Elektrolys av vattenlösningar av salterär mer komplicerat på grund av eventuellt deltagande av vattenmolekyler vid katoden och vid anoden i elektrodprocesserna.
Regler för elektrolys i vattenlösningar.
På katoden:
1. Katjoner som finns i en serie metallspänningar från litium till aluminium (inklusive), såväl som katjoner NH4+ inte återställs, vattenmolekyler återställs istället:
2H2O + 2e->H 2 + 2OH -
2. Katjoner som finns i serien av spänningar efter aluminium till väte kan reduceras tillsammans med vattenmolekyler:
2H2O + 2e->H2 + 2OH -
Zn2+ + 2e->Zn 0
3. Katjoner som finns i en serie spänningar efter att väte är helt återställd: Ag + + 1e->Ag 0
4. Vätejoner reduceras i sura lösningar: 2H++2e->H 2
På anoden:
1. Syrehaltiga anjoner och F-- oxidera inte, istället för dem oxideras vattenmolekyler:
2H2O - 4e->O2 + 4H+
2.Anjoner av svavel, jod, brom, klor (i denna sekvens) oxideras till enkla ämnen:
2Cl - - 2e->Cl 2 0 S 2- - 2e->S0
3. Hydroxidjoner oxideras i alkaliska lösningar:
4OH - - 4e->O2 + 2H2O
4. Anjoner oxideras i lösningar av salter av karboxylsyror:
2 R - SOO - - 2e->R - R + 2CO 2
5. När du använder lösliga anoder skickar anoden själv elektroner till den externa kretsen på grund av oxidationen av atomerna i metallen som anoden är gjord av:
Cu 0 - 2e->Сu 2+
Exempel på elektrolysprocesser i vattenhaltiga elektrolytlösningar
Exempel 1 K 2 SO 4 -> 2K + + SO 4 2-
K(-)2H2O + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2H2O – 4e‾ -> O2 + 4H+
Den allmänna ekvationen för elektrolys: 2H 2 O (el. ström) -> 2 H 2 + O 2
Exempel 2. NaCl ->Na + +Cl‾
K(-)2H2O + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl2 0
2NaCl + 2H2O (el.ström) -> H2 + 2NaOH + Cl2
Exempel 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-
K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu
A(+)2H2O – 4e‾ -> O2 + 4H+
Allmän elektrolysekvation: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (el. ström) -> 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4
Exempel 4. CH3COONa->CH3COO‾ +Na+
K(-)2H2O + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2CH 3 COO‾– 2e‾ ->C 2 H 6 + 2CO 2
Allmän elektrolysekvation:
CH 3 COONa + 2H 2 O (el. ström) -> H 2 + 2NaHCO 3 + C 2 H 6
Uppgifter på grundläggande komplexitetsnivå
Test på ämnet "Elektrolys av smältor och lösningar av salter. En serie spänningar av metaller”.
1. Alkali är en av produkterna från elektrolys i en vattenlösning:
1) KCI 2) CuSO4 3) FeCI2 4) AgNO3
2. Under elektrolysen av en vattenlösning av kaliumnitrat frigörs följande vid anoden: 1) Ungefär 2 2) NO 2 3) N 2 4) H 23. Väte bildas vid elektrolysen av en vattenlösning: 1) CaCl 2 2) CuSO 4 3) Hg (NO 3) 2 4) AgNO 34. Reaktionen är möjlig mellan: 1) Ag och K 2 SO 4 (lösning) 2) Zn och KCI (lösning) 3) Mg och SnCI 2(lösning) 4) Ag och CuSO 4 (lösning) 5. Under elektrolysen av en lösning av natriumjodid vid katoden, färgen på lackmus i lösning: 1) röd 2 ) blå 3) lila 4) gul6. Under elektrolysen av en vattenlösning av kaliumfluorid frigörs följande vid katoden: 1) väte 2) vätefluorid 3) fluor 4) syre
Uppgifter på ämnet "Elektrolys"
1. Elektrolysen av 400 g av en 20% vanlig saltlösning stoppades när 11,2 liter (n.o.) gas släpptes ut vid katoden. Graden av nedbrytning av det ursprungliga saltet (i%) är:
1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18
Lösningen på problemet. Vi sammanställer elektrolysreaktionsekvationen: 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOHm (NaCl) \u003d 400 ∙ 0,2 \u003d 80 g salt var i lösning. 0,5 mol ν(NaCl)=0,5∙2=1 mol(NaCl)= 1∙58,5=58,5 g salt sönderdelades under elektrolys.Saltnedbrytningsgrad 58,5/80=0,73 eller 73%.Svar: 73 % av saltet har sönderfallit.
2. Genomförde elektrolys av 200 g av en 10% lösning av krom(III)sulfat tills saltet är helt förbrukat (metall frigörs på katoden). Massan (i gram) vatten som används är:
1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52
Lösningen på problemet. Vi sammanställer elektrolysreaktionsekvationen: 2Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O → 4Cr + 3O 2 + 6H 2 SO 4m (Cr 2 (SO 4) 3) \u003d 200 ∙ 0,1 \u003d (Crg 20g ) SO 4) 3) \u003d 20 / 392 \u003d 0,051 mol ν (H 2 O) \u003d 0,051 ∙ 3 \u003d 0,153 mol (H 2 O) \u003d 0,150 3d \u.Uppgifter avancerad nivå svårighet B3
1. Upprätta en överensstämmelse mellan saltformeln och ekvationen för processen som sker vid anoden under elektrolysen av dess vattenlösning.
3. Upprätta en överensstämmelse mellan saltformeln och ekvationen för processen som sker på katoden under elektrolysen av dess vattenlösning.
5. Upprätta en överensstämmelse mellan namnet på ämnet och elektrolysprodukterna från dess vattenlösning.
Svar: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. När de studerar ämnet elektrolys, bemästrar akademiker detta avsnitt väl och visar goda resultat i provet. Studiet av materialet åtföljs av en presentation om detta ämne.Ämne 6. "Elektrolys av lösningar och saltsmältor"
1. Elektrolys är en redoxprocess som sker på elektroder när en elektrisk ström passerar genom en elektrolytlösning eller smälta.
2. Katod - negativt laddad elektrod. Det finns en minskning av metall- och vätekatjoner (i syror) eller vattenmolekyler.
3. Anod - en positivt laddad elektrod. Oxidation av anjonerna av syraresten och hydroxylgruppen (i alkalier) sker.
4. Under elektrolysen av en saltlösning finns vatten i reaktionsblandningen. Eftersom vatten kan uppvisa både oxiderande och reducerande egenskaper är det en "konkurrent" för både katodiska och anodiska processer.
5. Det finns elektrolys med inerta elektroder (grafit, kol, platina) och en aktiv anod (löslig), samt elektrolys av smältor och elektrolytlösningar.
KATODPROCESSER
Om metallen är i en serie spänningar:
Metallens position i en serie spänningar
Återhämtning vid katoden
från Li till Al
Vattenmolekyler reduceras: 2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
Mn till Pb
Både vattenmolekyler och metallkatjoner återställs:
2H2O + 2e- → H20+ 2OH-
Men+ + ne- → Me0
från Cu till Au
Metallkatjoner reduceras: Men+ + ne- → Me0
ANODISKA PROCESSER
syrarest
Asm-
Anod
Löslig
(järn, zink, koppar, silver)
Olöslig
(grafit, guld, platina)
anoxisk
Oxidation av anodmetall
М0 – ne- = Mn+
anodlösning
Anjonoxidation (förutom F-)
Acm- - me- = Ac0
Syrehaltig
Fluor - jon (F-)
I sura och neutrala miljöer:
2 H2O - 4e- → O20 + 4H+
I en alkalisk miljö:
4OH- - 4e- \u003d O20 + 2H2O
Exempel på smältelektrolysprocesser med inerta elektroder
I elektrolytsmältan är endast dess joner närvarande, därför reduceras elektrolyskatjoner vid katoden och anjoner oxideras vid anoden.
1. Tänk på elektrolysen av en kaliumkloridsmälta.
Termisk dissociation KCl → K+ + Cl-
K(-) K+ + le- → KO
A (+) 2Cl- - 2e- → Cl02
Sammanfattningsekvation:
2KCl → 2KO + Cl20
2. Överväg elektrolysen av en kalciumkloridsmälta.
Termisk dissociation CaCl2 → Ca2+ + 2Cl-
K(-) Ca2+ + 2e- → CaO
A (+) 2Cl- - 2e- → Cl02
Sammanfattningsekvation:
CaCl2 → CaO + Cl20
3. Överväg elektrolysen av en smälta av kaliumhydroxid.
Termisk dissociation av KOH → K+ + OH-
K(-) K+ + le- → KO
A (+) 4OH- - 4e- → O20 + 2H2O
Sammanfattningsekvation:
4KOH → 4KO + O20 + 2H2O
Exempel på elektrolysprocesser av elektrolytlösningar med inerta elektroder
Till skillnad från smältor, i en elektrolytlösning, förutom dess joner, finns det vattenmolekyler. Därför, när man överväger processerna på elektroderna, är det nödvändigt att ta hänsyn till deras deltagande. Elektrolysen av en saltlösning bildad av en aktiv metall, som står i en serie spänningar upp till aluminium och en sur rest av en syrehaltig syra, reduceras till elektrolys av vatten. 1. Överväg elektrolysen av en vattenlösning av magnesiumsulfat. MgSO4 är ett salt som bildas av en metall som står i en serie spänningar upp till aluminium och en syrehaltig syrarest. Dissociationsekvation: MgSO4 → Mg2+ + SO42- K (-) 2H2O + 2e- \u003d H20 + 2OH- A(+) 2H2O - 4e- \u003d O20 + 4H + Sammanfattningsekvation: 6H2O = 2H20 + 4OH- + O20 + 4H+ 2H2O = 2H20 + O20 2. Betrakta elektrolysen av en vattenlösning av kopparsulfat (II). СuSO4 är ett salt som bildas av en lågaktiv metall och en syrehaltig syrarest. I detta fall producerar elektrolys metall, syre, och motsvarande syra bildas i katod-anodutrymmet. Dissociationsekvation: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Sammanfattningsekvation: 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu0 + O20 + 4H+ 2Cu2SO + 2Cu2SO + 2Cu2SO + 2Cu + 2N2SO4
3. Överväg elektrolysen av en vattenlösning av kalciumklorid. CaCl2 är ett salt som bildas av en aktiv metall och en syrefri syrarest. I detta fall bildas väte, halogen under elektrolys och alkali bildas i katod-anodutrymmet. Dissociationsekvation: CaCl2 → Ca2+ + 2Cl- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 2Cl- – 2e- = Cl20 Sammanfattande ekvation: 2H2O + 2Cl- = Cl20 + 2OH- CaCl2 + 2H2 = Ca (OH)2 + Cl20 + H20 4. Betrakta elektrolysen av en vattenlösning av koppar(II)klorid. CuCl2 är ett salt som bildas av en lågaktiv metall och en sur rest av en syrefri syra. I detta fall bildas en metall och en halogen. Dissociationsekvation: CuCl2 → Cu2+ + 2Cl- K (-) Cu2+ + 2e- = Cu0 A (+) 2Cl- – 2e- = Cl20 Sammanfattande ekvation: Cu2+ + 2Cl- = Cu0 + Cl20 CuCl2 = Cu0 + Cl20 5. Betrakta processelektrolys av natriumacetatlösning. CH3COOHa är ett salt som bildas av den aktiva metallen och den sura resten av en karboxylsyra. Elektrolys producerar väte och alkali. Dissociationsekvation: CH3COONa → CH3COO - + Na+ K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A(+) 2CH3COO¯- 2e = C2H6 + 2CO2 Sammanfattande ekvation: 2H2O + 2CH3COO¯6 = H20 + + 2CO2 2Н2О + 2CH3COONa = 2NaОH + Н20 + C2H6 + 2CO2 6. Betrakta processen för elektrolys av nickelnitratlösning. Ni(NO3)2 är ett salt, som bildas av en metall i spänningsintervallet från Mn till H2 och en syrehaltig syrarest. I processen får vi metall, väte, syre och syra. Dissociationsekvation: Ni(NO3)2 → Ni2+ + 2NO3- K (-) Ni2+ +2e- = Ni0 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A(+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Övergripande ekvation: Ni2+ + 2H2O + 2H2O = Ni0 + H20 + 2OH- + O20 + 4H+ Ni(NO3)2 + 2H2O = Ni0 + 2HNO3 + H20 + O20 7. Betrakta processen för elektrolys av en svavelsyralösning. Dissociationsekvation: H2SO4 → 2H+ + SO42- K (-) 2H+ + 2e- = H20 A (+) 2H2O – 4e- = O20 + 4H+ Övergripande ekvation: 2H2O + 4H+ = 2H20 + O20 + 4H+ 2H20 + 20+ 2H+ 2H+
8. Överväg processen för elektrolys av natriumhydroxidlösning. I detta fall sker endast vattenelektrolys. Elektrolysen av lösningar av H2SO4, NaNO3, K2SO4 etc. fortskrider på liknande sätt Dissociationsekvation: NaOH → Na+ + OH- K (-) 2H2O + 2e- = H20 + 2OH- A (+) 4OH- – 4e- = O20 + 2H2O Övergripande ekvation: 4H2O + 4OH- = 2H20 + 4OH- + O20 + 2H2O 2H2O = 2H20 + O20
Exempel på elektrolysprocesser av elektrolytlösningar med lösliga elektroder
Den lösliga anoden genomgår oxidation (upplösning) under elektrolys. 1. Betrakta processen för elektrolys av kopparsulfat (II) med en kopparanod. Under elektrolysen av en lösning av kopparsulfat med en kopparanod reduceras processen till frisättning av koppar vid katoden och gradvis upplösning av anoden, trots anjonens natur. Mängden kopparsulfat i lösningen förblir oförändrad. Dissociationsekvation: CuSO4 → Cu2+ + SO42- K (-) Cu2+ +2e- → Cu0 A (+) Cu0 - 2e- → Cu2+ övergång av kopparjoner från anod till katod
Exempel på uppgifter om detta ämne i USE-alternativen
VID 3. (Var.5)
Upprätta en överensstämmelse mellan formeln för ett ämne och produkterna från elektrolys av dess vattenlösning på inerta elektroder.
FORMEL FÖR ÄMNET ELEKTROLYSPRODUKTER
A) Al2(SO4)3 1. metallhydroxid, syra
B) СsOH 2. metall, halogen
C) Hg(NO3)2 3. metall, syre
D) AuBr3 4. väte, halogen 5. väte, syre 6. metall, syra, syre Argument: 1. Under elektrolysen av Al2(SO4)3 och CsOH på katoden reduceras vatten till väte. Vi utesluter alternativ 1, 2, 3 och 6. 2. För Al2(SO4)3 oxideras vatten till syre vid anoden. Vi väljer alternativ 5. För CsOH oxideras hydroxidjonen till syre vid anoden. Vi väljer alternativ 5. 3. Under elektrolysen av Hg(NO3)2 och АuBr3 på katoden reduceras metallkatjoner. 4. För Hg(NO3)2 oxideras vatten vid anoden. Nitratjoner i lösning binder med vätekatjoner och bildas i anodutrymmet salpetersyra. Vi väljer alternativ 6. 5. För АuBr3 oxideras Br- anjonen vid anoden till Br2. Vi väljer alternativ 2.
A
B
I
G
5
5
6
2
VID 3. (Var.1)
Upprätta en överensstämmelse mellan namnet på ämnet och metoden för att erhålla det.
ÄMNETS NAMN TILLVERKNING GENOM ELEKTROLYS A) litium 1) LiF-lösning B) fluor 2) LiF-smälta C) silver 3) MgCl2-lösning D) magnesium 4) AgNO3-lösning 5) Ag2O-smälta 6) MgCl2-smälta Argument: 1. Liknande elektrolys av natriumkloridsmältan, processen för elektrolys av litiumfluoridsmältan fortsätter. För alternativ A och B, välj svar 2. 2. Silver kan återställas från en lösning av dess salt - silvernitrat. 3. Magnesium kan inte återställas från en saltlösning. Vi väljer alternativ 6 - en smälta av magnesiumklorid.
A
B
I
G
2
2
4
6
VID 3. (Var.9)
Upprätta en överensstämmelse mellan saltformeln och ekvationen för processen som sker på katoden under elektrolysen av dess vattenlösning.
SALTFORMELEKVATION FÖR KATODPROCESSEN
A) Al(NO3)3 1) 2H2O – 4e- → O2 + 4H+
B) CuCl2 2) 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
C) SbCl3 3) Cu2+ + 1e- → Cu+
D) Cu(NO3)2 4) Sb3+ - 2 e- → Sb5+ 5) Sb3+ + 3e- → Sb0
6) Cu2+ + 2e- → CuO
Resonemangets förlopp: 1. Processer för reduktion av metall- eller vattenkatjoner äger rum på katoden. Därför utesluter vi omedelbart alternativ 1 och 4. 2. För Al(NO3)3: processen med vattenreduktion pågår vid katoden. Välj alternativ 2. 3. För CuCl2: Cu2+ metallkatjoner reduceras. Välj alternativ 6. 4. För SbCl3: Sb3+ metallkatjoner reduceras. Välj alternativ 5. 5. För Cu(NO3)2: Cu2+ metallkatjoner reduceras. Vi väljer alternativ 6.
A
B
I
G
2
Elektrolys (grekisk elektron - bärnsten + lys - sönderdelning) - kemisk reaktion som uppstår när en likström passerar genom elektrolyten. Detta är sönderdelningen av ämnen till deras beståndsdelar under påverkan av en elektrisk ström.
Elektrolysprocessen är rörelsen av katjoner (positivt laddade joner) till katoden (negativt laddade) och negativt laddade joner (anjoner) till anoden (positivt laddade).
Så anjoner och katjoner rusar till anoden respektive katoden. Det är här den kemiska reaktionen äger rum. För att framgångsrikt lösa uppgifter om detta ämne och skriva reaktioner är det nödvändigt att separera processerna vid katoden och anoden. Så här kommer den här artikeln att byggas upp.
Katod
Katjoner attraheras till katoden - positivt laddade joner: Na +, K +, Cu 2+, Fe 3+, Ag +, etc.
För att fastställa vilken reaktion som sker vid katoden måste du först och främst bestämma metallens aktivitet: dess position i den elektrokemiska serien av metallspänningar.
Om en aktiv metall (Li, Na, K) dyker upp på katoden, återställs vattenmolekyler istället för den, varifrån väte frigörs. Om metallen har medelhög aktivitet (Cr, Fe, Cd) frigörs både väte och själva metallen vid katoden. Inaktiva metaller isoleras vid katoden i ren form (Cu, Ag).
Jag noterar att aluminium anses vara gränsen mellan aktiva och medelaktiva metaller i en serie spänningar. Under elektrolys på katoden återställs inte metaller upp till aluminium (inklusive!), istället för dem återställs vattenmolekyler - väte frigörs.
I händelse av att vätejoner - H + tillförs katoden (till exempel under elektrolys av syror HCl, H 2 SO 4), reduceras väte från syramolekyler: 2H + - 2e = H 2
Anod
Anjoner attraheras till anoden - negativt laddade joner: SO 4 2-, PO 4 3-, Cl -, Br -, I -, F -, S 2-, CH 3 COO -.
Vid elektrolys av syrehaltiga anjoner: SO 4 2-, PO 4 3- - oxideras inte anjoner på anoden, utan vattenmolekyler, från vilka syre frigörs.
Syrefria anjoner oxideras och frigör motsvarande halogener. Sulfidjon i oxidationen av svaveloxidation. Ett undantag är fluor - om det träffar anoden släpps en vattenmolekyl ut och syre frigörs. Fluor är det mest elektronegativa grundämnet och är därför ett undantag.
Anjoner av organiska syror oxideras på ett speciellt sätt: radikalen intill karboxylgruppen fördubblas, och själva karboxylgruppen (COO) omvandlas till koldioxid - CO 2 .
Lösningsexempel
I träningsprocessen kan du stöta på metaller som utelämnas i aktivitetsserien. På träningsstadiet kan du använda ett utökat utbud av metallaktivitet.
Nu vet du exakt vad som släpps på katoden ;-)
Så, låt oss öva. Låt oss ta reda på vad som bildas på katoden och anoden under elektrolysen av lösningar av AgCl, Cu(NO 3) 2 , AlBr 3 , NaF, FeI 2 , CH 3 COOLi.
Ibland i uppgifter krävs det att registrera reaktionen av elektrolys. Jag informerar dig: om du förstår vad som bildas vid katoden och vad som finns vid anoden, är det inte svårt att skriva reaktionen. Ta till exempel elektrolysen av NaCl och skriv reaktionen:
NaCl + H2O → H2 + Cl2 + NaOH
Natrium är en aktiv metall, så väte frigörs vid katoden. Anjonen innehåller inte syre, halogen - klor frigörs. Vi skriver ekvationen så att vi inte kan få natriumet att avdunsta utan ett spår :) Natrium reagerar med vatten och bildar NaOH.
Låt oss skriva ner elektrolysreaktionen för CuSO 4:
CuSO4 + H2O → Cu + O2 + H2SO4
Koppar tillhör lågaktiva metaller, därför frigörs den i sin rena form vid katoden. Anjonen är syrehaltig, så syre frigörs i reaktionen. Sulfatjonen försvinner inte någonstans, den förenas med vattnets väte och förvandlas till svavelsyra.
Smältelektrolys
Allt vi har diskuterat fram till denna punkt har handlat om elektrolys av lösningar där lösningsmedlet är vatten.
Industriell kemi står inför en viktig uppgift - att få fram metaller (ämnen) i ren form. Inaktiva metaller (Ag, Cu) kan lätt erhållas genom elektrolys av lösningar.
Men hur är det med aktiva metaller: Na, K, Li? När allt kommer omkring, under elektrolysen av deras lösningar, frigörs de inte vid katoden i sin rena form, istället för dem reduceras vattenmolekyler och väte frigörs. Det är här smältor som inte innehåller vatten kommer väl till pass.
I vattenfria smältor skrivs reaktioner ännu enklare: ämnen bryts ner i sina beståndsdelar:
AlCl3 → Al + Cl2
LiBr → Li + Br2
© Bellevich Yury Sergeevich 2018-2020
Den här artikeln skrevs av Yury Sergeevich Bellevich och är hans immateriella egendom. Kopiering, distribution (inklusive genom kopiering till andra webbplatser och resurser på Internet) eller annan användning av information och föremål utan föregående medgivande från upphovsrättsinnehavaren är straffbart enligt lag. För att få materialet i artikeln och tillåtelse att använda dem, vänligen kontakta
Tillbaka framåt
Uppmärksamhet! Förhandsvisningen av bilden är endast i informationssyfte och representerar kanske inte hela presentationen. Om du är intresserad av detta arbete, ladda ner den fullständiga versionen.
USE-resultaten visar att uppgifter om ämnet "Elektrolys" fortfarande är svåra för akademiker. I skolans läroplan tilldelas ett otillräckligt antal timmar för att studera detta ämne. Därför, när du förbereder studenter för provet, är det nödvändigt att studera denna fråga i detalj. Kunskap om grunderna i elektrokemi kommer att hjälpa kandidaten att framgångsrikt klara provet och fortsätta sin utbildning i en högre utbildningsinstitution. För att studera ämnet "Elektrolys" på en tillräcklig nivå är det nödvändigt att utföra förberedande arbete med akademiker som klarar provet : - överväga definitionerna av de grundläggande begreppen i ämnet "Elektrolys"; - analysera processen för elektrolyssmältor och lösningar av elektrolyter; - fastställa reglerna för reduktion av katjoner vid katoden och oxidation av anjoner vid anoden (den vattenmolekylernas roll under elektrolys av lösningar); - bildandet av färdigheter för att upprätta ekvationer för elektrolysprocessen (katod- och anodprocesser); - lära eleverna att utföra standarduppgifter på grundnivån (uppgifter), hög och hög nivå av komplexitet. Elektrolys- redoxprocess som sker i lösningar och smältor av elektrolyter med passage av en elektrisk likström. I en lösning eller smälta av en elektrolyt dissocierar den till joner. När den elektriska strömmen slås på får jonerna en riktad rörelse, och redoxprocesser kan inträffa på elektrodernas yta. Anod- en positiv elektrod, oxidationsprocesser äger rum på den.
Katoden är en negativ elektrod, återställningsprocesser äger rum på den.
Smältelektrolys används för att erhålla aktiva metaller placerade i en serie spänningar upp till aluminium (inklusive).
Elektrolys av natriumkloridsmälta
K(-) Na + + le -> Na 0
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl2 0
2NaCl (elektronisk ström) -> 2Na + Cl 2 (endast för smältelektrolys).
Aluminium erhålls genom elektrolys av en lösning av aluminiumoxid i smält kryolit (Na 3 AlF 6).
2Al 2 O 3 (elektronisk ström) -> 4Al + 3O 2
K(-)Al3+ +3e‾ ->Al
A(+)2O 2‾ -2e‾ ->O 2
Elektrolys av en smälta av kaliumhydroxid.
KOH->K + +OH‾
K(-) K + + 1e -> K 0
A (+) 4OH - - 4e -> O20 + 2H2O
4KOH (elektrisk ström) -> 4K 0 + O 2 0 + 2H 2 O
Elektrolysen av vattenlösningar är svårare, eftersom vattenmolekyler kan reduceras eller oxideras på elektroderna i detta fall.
Elektrolys av vattenlösningar av salterär mer komplicerat på grund av eventuellt deltagande av vattenmolekyler vid katoden och vid anoden i elektrodprocesserna.
Regler för elektrolys i vattenlösningar.
På katoden:
1. Katjoner som finns i en serie metallspänningar från litium till aluminium (inklusive), såväl som katjoner NH4+ inte återställs, vattenmolekyler återställs istället:
2H2O + 2e->H 2 + 2OH -
2. Katjoner som finns i serien av spänningar efter aluminium till väte kan reduceras tillsammans med vattenmolekyler:
2H2O + 2e->H2 + 2OH -
Zn2+ + 2e->Zn 0
3. Katjoner som finns i en serie spänningar efter att väte är helt återställd: Ag + + 1e->Ag 0
4. Vätejoner reduceras i sura lösningar: 2H++2e->H 2
På anoden:
1. Syrehaltiga anjoner och F-- oxidera inte, istället för dem oxideras vattenmolekyler:
2H2O - 4e->O2 + 4H+
2.Anjoner av svavel, jod, brom, klor (i denna sekvens) oxideras till enkla ämnen:
2Cl - - 2e->Cl 2 0 S 2- - 2e->S0
3. Hydroxidjoner oxideras i alkaliska lösningar:
4OH - - 4e->O2 + 2H2O
4. Anjoner oxideras i lösningar av salter av karboxylsyror:
2 R - SOO - - 2e->R - R + 2CO 2
5. När du använder lösliga anoder skickar anoden själv elektroner till den externa kretsen på grund av oxidationen av atomerna i metallen som anoden är gjord av:
Cu 0 - 2e->Сu 2+
Exempel på elektrolysprocesser i vattenhaltiga elektrolytlösningar
Exempel 1 K 2 SO 4 -> 2K + + SO 4 2-
K(-)2H2O + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2H2O – 4e‾ -> O2 + 4H+
Den allmänna ekvationen för elektrolys: 2H 2 O (el. ström) -> 2 H 2 + O 2
Exempel 2. NaCl ->Na + +Cl‾
K(-)2H2O + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+) 2Cl - - 2e -> Cl2 0
2NaCl + 2H2O (el.ström) -> H2 + 2NaOH + Cl2
Exempel 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-
K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu
A(+)2H2O – 4e‾ -> O2 + 4H+
Allmän elektrolysekvation: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (el. ström) -> 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4
Exempel 4. CH3COONa->CH3COO‾ +Na+
K(-)2H2O + 2e‾ -> H2 + 2OH -
A(+)2CH 3 COO‾– 2e‾ ->C 2 H 6 + 2CO 2
Allmän elektrolysekvation:
CH 3 COONa + 2H 2 O (el. ström) -> H 2 + 2NaHCO 3 + C 2 H 6
Uppgifter på grundläggande komplexitetsnivå
Test på ämnet "Elektrolys av smältor och lösningar av salter. En serie spänningar av metaller”.
1. Alkali är en av produkterna från elektrolys i en vattenlösning:
1) KCI 2) CuSO4 3) FeCI2 4) AgNO3
2. Under elektrolysen av en vattenlösning av kaliumnitrat frigörs följande vid anoden: 1) Ungefär 2 2) NO 2 3) N 2 4) H 23. Väte bildas vid elektrolysen av en vattenlösning: 1) CaCl 2 2) CuSO 4 3) Hg (NO 3) 2 4) AgNO 34. Reaktionen är möjlig mellan: 1) Ag och K 2 SO 4 (lösning) 2) Zn och KCI (lösning) 3) Mg och SnCI 2(lösning) 4) Ag och CuSO 4 (lösning) 5. Under elektrolysen av en lösning av natriumjodid vid katoden, färgen på lackmus i lösning: 1) röd 2 ) blå 3) lila 4) gul6. Under elektrolysen av en vattenlösning av kaliumfluorid frigörs följande vid katoden: 1) väte 2) vätefluorid 3) fluor 4) syre
Uppgifter på ämnet "Elektrolys"
1. Elektrolysen av 400 g av en 20% vanlig saltlösning stoppades när 11,2 liter (n.o.) gas släpptes ut vid katoden. Graden av nedbrytning av det ursprungliga saltet (i%) är:
1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18
Lösningen på problemet. Vi sammanställer elektrolysreaktionsekvationen: 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOHm (NaCl) \u003d 400 ∙ 0,2 \u003d 80 g salt var i lösning. 0,5 mol ν(NaCl)=0,5∙2=1 mol(NaCl)= 1∙58,5=58,5 g salt sönderdelades under elektrolys.Saltnedbrytningsgrad 58,5/80=0,73 eller 73%.Svar: 73 % av saltet har sönderfallit.
2. Genomförde elektrolys av 200 g av en 10% lösning av krom(III)sulfat tills saltet är helt förbrukat (metall frigörs på katoden). Massan (i gram) vatten som används är:
1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52
Lösningen på problemet. Vi sammanställer elektrolysreaktionsekvationen: 2Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O → 4Cr + 3O 2 + 6H 2 SO 4m (Cr 2 (SO 4) 3) \u003d 200 ∙ 0,1 \u003d (Crg 20g ) SO 4) 3) \u003d 20 / 392 \u003d 0,051 mol ν (H 2 O) \u003d 0,051 ∙ 3 \u003d 0,153 mol (H 2 O) \u003d 0,150 3d \u.Uppgifter med ökad komplexitet B3
1. Upprätta en överensstämmelse mellan saltformeln och ekvationen för processen som sker vid anoden under elektrolysen av dess vattenlösning.
3. Upprätta en överensstämmelse mellan saltformeln och ekvationen för processen som sker på katoden under elektrolysen av dess vattenlösning.
5. Upprätta en överensstämmelse mellan namnet på ämnet och elektrolysprodukterna från dess vattenlösning.
Svar: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. När de studerar ämnet elektrolys, bemästrar akademiker detta avsnitt väl och visar goda resultat i provet. Studiet av materialet åtföljs av en presentation om detta ämne.Upprätta en överensstämmelse mellan saltformeln och produkten som bildas på en inert anod under elektrolysen av dess vattenlösning: för varje position indikerad med en bokstav, välj motsvarande position indikerad med en siffra.
| SALTFORMEL | PRODUKT PÅ ANOD | |
| A | B | I | G |
Lösning.
Vid elektrolys av vattenlösningar av salter, alkalier och syror på en inert anod:
Vatten släpps ut och syre frigörs om det är ett salt av en syrehaltig syra eller ett salt av fluorvätesyra;
Hydroxidjoner släpps ut och syre frigörs om det är alkali;
Surresten som ingår i saltet släpps ut, och motsvarande enkla substans frigörs om det är ett salt av en syrefri syra (förutom).
Processen för elektrolys av salter av karboxylsyror sker på ett speciellt sätt.
Svar: 3534.
Svar: 3534
Källa: Yandex: Utbildning ANVÄND arbete i kemi. Alternativ 1.
Upprätta en överensstämmelse mellan formeln för ett ämne och produkten som bildas på katoden under elektrolysen av dess vattenlösning: för varje position indikerad med en bokstav, välj motsvarande position indikerad med en siffra.
| ÄMNESFORMEL | ELEKTROLYSPRODUKT, PRODUCERAD VID KATOD |
|
Skriv ner siffrorna som svar, ordna dem i den ordning som motsvarar bokstäverna:
| A | B | I | G |
Lösning.
Under elektrolysen av vattenhaltiga lösningar av salter frigörs följande vid katoden:
Väte, om det är ett salt av en metall som är i serien av metallspänningar till vänster om aluminium;
Metall, om det är ett salt av en metall som är i serien av metallspänningar till höger om väte;
Metall och väte, om det är ett salt av en metall i serien av metallspänningar mellan aluminium och väte.
Svar: 3511.
Svar: 3511
Källa: Yandex: utbildningsarbete ANVÄNDNING i kemi. Alternativ 2.
Upprätta en överensstämmelse mellan saltformeln och produkten som bildas på en inert anod under elektrolysen av dess vattenlösning: för varje position indikerad med en bokstav, välj motsvarande position indikerad med en siffra.
| SALTFORMEL | PRODUKT PÅ ANOD | |
Skriv ner siffrorna som svar, ordna dem i den ordning som motsvarar bokstäverna:
| A | B | I | G |
Lösning.
Vid elektrolys av vattenlösningar av salter syresatta syror och fluorider, syre från vattnet oxideras, så syre frigörs vid anoden. Under elektrolysen av vattenhaltiga lösningar av anoxiska syror oxideras syraresten.
Svar: 4436.
Svar: 4436
Upprätta en överensstämmelse mellan formeln för ett ämne och produkten som bildas på en inert anod som ett resultat av elektrolysen av en vattenlösning av detta ämne: för varje position indikerad med en bokstav, välj motsvarande position indikerad med en siffra.
| ÄMNESFORMEL | PRODUKT PÅ ANOD |
2) svaveloxid (IV) 3) kolmonoxid (IV) 5) syre 6) kväveoxid (IV) |
Skriv ner siffrorna som svar, ordna dem i den ordning som motsvarar bokstäverna:
| A | B | I | G |
