Aufgaben zum Thema Elektrolyse. Elektrolyse von Schmelzen und Lösungen
Elektrolyse von Schmelzen und Lösungen (Salze, Alkalis)
Wenn Sie die Elektroden in die Lösung oder die Schmelze des Elektrolytens absenken und den konstanten elektrischen Strom überspringen, bewegen sich die Ionen in Richtung der Kathipes (negativ geladene Elektrode), Anionen an der Anode (positiv geladene Elektrode).
An der Kathode nehmen die Kationen Elektronen und wiederherstellen, die Anionen erhalten Elektronen an der Anode und oxidieren. Dieser Prozess wird als Elektrolyse bezeichnet.
Die Elektrolyse ist ein Redoxprozess, der auf den Elektroden fließt, wenn der elektrische Strom durch die Schmelze oder die Elektrolytlösung geleitet wird.
Elektrolyse von geschmolzenen Salzen
Betrachten Sie den Prozess der Natriumchlorid-Schmelzelektrolyse. Die thermische Dissoziation ist in der Schmelze unterwegs:
$ Nacl → na ^ (+) + cl ^ (-). $
Unter der Wirkung des elektrischen Stroms der Kationen $ na ^ (+) $ wechseln Sie in die Kathode und die Elektronen sind davon genommen:
$ Na ^ (+) + ē → (na) ↖ (0) $ (Wiederherstellung).
Anionen $ cl ^ (-) $ Gehen Sie in die Anode und geben Elektronen:
$ 2cl ^ (-) - 2ē → (cl_2) ↖ (0) $ (Oxidation).
Gesamtzahl Prozesse Gleichung:
$ Na ^ (+) + ē → (na) ↖ (0) | 2 $
$ 2cl ^ (-) - 2ē → (cl_2) ↖ (0) | 1 $
$ 2NA ^ (+) + 2cl ^ (-) \u003d 2 (na) ↖ (0) + (cl_2) ↖ (0) $
$ 2NACL (→) ↖ (\\ Text "Elektrolyse") 2NA + CL_2 $
Ein metallisches Natrium ist an der Kathode, Chlorgasgas an der Anode ausgebildet.
Die Hauptsache ist, dass Sie sich erinnern müssen: Im Elektrolyseprozess wird aufgrund elektrischer Energie ausgeführt chemische Reaktiondas kann nicht spontan gehen.
Elektrolyse von wässrigen Lösungen von Elektrolyten
Mehr schwieriger Fall - Elektrolyse von Elektrolytlösungen.
In Salzlösung sind zusätzlich zu Metallionen und Säurestresten Wassermoleküle vorhanden. Wenn daher Prozesse an den Elektroden in Betracht gezogen werden, müssen sie daher ihre Beteiligung an der Elektrolyse berücksichtigen.
Um die Produkte der Elektrolyse von wässrigen Elektrolytenlösungen zu bestimmen, gibt es folgende Regeln:
1. Der Prozess an der Kathode Es hängt nicht von dem Material ab, von dem die Kathode hergestellt wird, sondern auf der Position des Metalls (Elektrolytkation) in der elektrochemischen Stresszeile, und wenn:
1.1. Die Elektrolytkation befindet sich in einer Reihe von Spannungen zu Beginn einer Serie von $ al $ inklusive, dann liegt der Prozess der Wasserrückgewinnung in der Kathode (Wasserstoff wird $ n_2 $ hervorgehoben). Metallkationen werden nicht wiederhergestellt, sie bleiben in Lösung.
1.2. Die Elektrolytkation befindet sich in einer Spannungsreihe zwischen Aluminium und Wasserstoff, dann werden Metallionen und Wassermoleküle an der Kathode wiederhergestellt.
1.3. Die Elektrolytkation befindet sich in einer Spannungsreihe nach Wasserstoff, die Metallkationen werden auf der Kathode wiederhergestellt.
1.4. Die Lösung enthält Kationen verschiedene Metalle, Ich stellte zum ersten Mal die Metallkation wieder her, die in der Reihe von Spannungen nach rechts steht.
Kathodische Prozesse
2. Prozess an der Anodehängt von dem Material der Anode und der Art des Anions ab.
Anodenverfahren
2.1. Wenn ein anode löst sich ab (Eisen, Zink, Kupfer, Silber und alle Metalle, die während der Elektrolyse oxidiert sind), dann wird das Metall der Anode trotz der Natur des Anions oxidiert.
2.2. Wenn ein anode löst sich nicht auf (Es heißt Inert - Graphit, Gold, Platin), dann:
a) mit Elektrolyselösungen von Salzen beatlose Säuren (neben Fluorid) Anionenoxidationsprozess ist auf der Anode im Gange;
b) mit Elektrolyselösungen von Salzen sauerstoff enthaltende Säuren und Fluoride Auf der Anode befindet sich ein Wasseroxidationsprozess ($ o_2 ist zugeteilt). Anionen werden nicht oxidiert, sie bleiben in Lösung.
c) Anionen durch ihre Oxidationsfähigkeit sind in der folgenden Reihenfolge:
Versuchen wir, diese Regeln in bestimmten Situationen anzuwenden.
Betrachten Sie die Elektrolyse von Natriumchloridlösung, falls die Anode unlöslich ist und die Anode löslich ist.
1) Anode. unlöslich (zum Beispiel Graphit).
Die Lösung ist der Prozess der elektrolytischen Dissoziation:
Gesamtgleichung:
$ 2H_2O + 2CL ^ (-) \u003d H_2 + CL_2 + 2OH ^ (-) $.
In Anbetracht der Anwesenheit von Ionen von $ na ^ (+) $ in Lösung, bilden Sie molekulare Gleichung.:
2) Anode. löslich (zum Beispiel Kupfer):
$ Nacl \u003d na ^ (+) + cl ^ (-) $.
Wenn die Anode löslich ist, wird das Metall der Anode oxidiert:
$ Cu ^ (0) -2ē \u003d cu ^ (2 +) $.
Kationen $ cu ^ (2 +) $ $ sind in einer Reihe von Spannungen nach ($ n ^ (+) $), sie werden auf der Kathode wiederhergestellt.
Die Konzentration von $ NACL $ ändert sich nicht in der Lösung.
Betrachten Sie die Elektrolyse der Kupfersulfatlösung (II) an unlösliche Anode.:
$ Cu ^ (2 +) + 2ē \u003d cu ^ (0) | 2 $
$ 2H_2O-4ē \u003d O_2 + 4H ^ (+) | $ 1
Gesamt-Ionengleichung:
$ 2cu ^ (2 +) + 2H_2O \u003d 2cu ^ (0) + o_2 + 4h ^ (+) $
Gesamtmolekulare Gleichung, unter Berücksichtigung der Angaben von Anionen $ SO_4 ^ (2 -) $ in Lösung:
Betrachten Sie die Elektrolyse der Kaliumhydroxidlösung unlösliche Anode:
$ 2H_2O + 2ē \u003d H_2 + 2OH ^ (-) | $ 2
$ 4OH ^ (-) - 4ē \u003d O_2 + 2H_2O | 1 $
Gesamt-Ionengleichung:
$ 4H_2O + 4OH ^ (-) \u003d 2H_2 + 4OH ^ (-) + O_2 + 2H_2O $
Gesamtmolekulare Gleichung:
$ 2H_2O (→) ↖ (\\ Text "Elektrolyse") 2H_2 + O_2 $
IM dieser FallEs stellt sich heraus, dass nur die Elektrolyse des Wassers im Gange ist. Wir erhalten ein ähnliches Ergebnis und im Falle der Elektrolyse der Lösungen von $ H_2SO_4, Nano_3, K_2SO_4 $ usw.
Die Elektrolyse von Schmelzen und Substanzenlösungen wird in der Industrie weit verbreitet:
- Für Metalle (Aluminium, Magnesium, Natrium, Cadmium wird durch Elektrolyse erhalten).
- Wasserstoff, Halogen, Alkalis, erhalten.
- Zur Reinigung von Metallen - Raffination (Reinigungskupfer, Nickel, Blei wird mit einer elektrochemischen Methode durchgeführt).
- Um Metalle vor Korrosion zu schützen (Chrom, Nickel, Kupfer, Silber, Gold) - galvanotegie.
- Für Metallkopien, Platten - Elektrotype.
Was ist Elektrolyse? Für ein einfacheres Verständnis der Antwort auf diese Frage stellen wir uns eine Quelle von Gleichstrom vor. Jede Gleichstromquelle kann immer einen positiven und negativen Pole finden:
Verbinden Sie zwei chemisch resistente elektrisch leitfähige Platten, die Elektroden anrufen. Die an der positive Pol befestigte Platte wird als Anode und an eine negative Kathode bezeichnet:
Natriumchlorid ist ein Elektrolyt, während der Schmelzung, Dissoziation auf Natriumkationen und Chloridionen:
Nacl \u003d na + + cl -
Es ist offensichtlich, dass die aufgeladenen negativen Chloranionen zu einer positiv geladenen Elektrodenanode gehen, und positiv geladene NA + -Kationen gehen auf eine negativ geladene Elektrode-Kathode. Infolgedessen werden NA + Kationen und Cl-Anionen entlassen, das heißt, sie werden neutrale Atome. Die Entladung erfolgt durch den Kauf von Elektronen bei NA + -Ionen und dem Verlust von Elektronen im Falle von CLIonen. Das heißt, der Prozess verläuft auf der Kathode:
Na + + 1e - \u003d na 0,
Und auf der Anode:
Cl - - 1e - \u003d cl
Da jedes Chloratom ein unrentables Elektron aufweist, ist ein einzelnes Vorhandensein von ihnen unrentablen und Chloratomen in einem Molekül von zwei Chloratomen kombiniert:
CL ∙ + ∙ cl \u003d cl 2
Somit wird der Gesamtzahl, der auf der Anode fließende Prozess ist korrekter aufgezeichnet:
2Cl - - 2e - \u003d Cl 2
Das heißt, wir haben:
Kathode: na + + 1e - \u003d na 0
Anode: 2Cl - - 2e - \u003d CL 2
Lass uns bringen elektronische Balance:
Na + + 1e - \u003d na 0 | ∙ 2
2Cl - - 2e - \u003d cl 2 | ∙ 1<
Bewegen der linken und rechten Teile beider Gleichungen erreachungWir bekommen:
2NA + + 2E - + 2Cl - - 2e - \u003d 2NA 0 + CL 2
Wir reduzieren die beiden Elektronen auf dieselbe Weise, wie dies in der Algebra erfolgt, die wir die ionische Elektrolysegleichung erhalten:
2NACL (g.) \u003d\u003e 2NA + CL 2
Der oben betrachtete Fall ist der einfachste Fall aus theoretischer Sicht, da die Natriumchloridschmelze aus positiv geladenen Ionen nur Natriumionen und aus negativen Chloranionen war.
Mit anderen Worten, keiner der NA + -Kationen, noch an den Anionen Cl - gab es keine "Konkurrenten" für die Kathode und die Anode.
Und was beispielsweise passieren wird, wenn anstelle der Schmelze von Natriumchlorid seine wässrige Lösung überspringen? In diesem Fall wird Natriumchlorid-Dissoziation beobachtet, aber es wird für die Bildung von Metallnatrium in einer wässrigen Lösung unmöglich. Immerhin wissen wir, dass Natrium ein Vertreter von Alkalimetallen ist - ein extrem aktives Metall, das mit Wasser reagiert, ist sehr heftig. Wenn sich Natrium bei solchen Bedingungen nicht erholen kann, was dann in der Kathode wiederhergestellt wird?
Erinnern wir uns an die Struktur des Wassermoleküls. Sie ist ein Dipol, das heißt, sie hat eine negative und positive Pole:
Es ist zurückzuführen, dass diese Eigenschaft sowohl die Oberfläche der Kathode als auch die Oberfläche der Anode "zerreißen" kann:
In diesem Fall können Prozesse auftreten:
2h 2 o + 2e - \u003d 2OH - + H 2
2h 2 o - 4e - \u003d o 2 + 4h +
Daher stellt sich heraus, dass wir, wenn wir die Lösung eines Elektrolyts in Betracht ziehen, sehen, dass die Kationen und Anionen, die sich während der Elektrolyt-Dissoziation ausgebildet sind, mit Wassermolekülen zur Erholung der Kathode und Oxidation an der Anode konkurrieren.
Welche Prozesse werden also auf der Kathode und an der Anode passieren? Entladung von Ionen, die während der Elektrolyt-Dissoziation oder Oxidation / Wiederherstellung von Wassermolekülen gebildet werden? Oder vielleicht werden alle angegebenen Prozesse gleichzeitig passieren?
In Abhängigkeit von der Art des Elektrolyts sind während der Elektrolyse seiner wässrigen Lösung eine Vielzahl von Situationen möglich. Zum Beispiel sind Kationen aus alkalischen, Erdalkalimetallen, Aluminium und Magnesium einfach nicht in einem wässrigen Medium, da er erhalten werden sollte, alkalische, Erdalkalimetalle, Aluminium- oder Magnesium, Erdalkalimetalle, Aluminium oder Magnesium, dh . Wasser reagierende Metalle.
In diesem Fall ist nur die Wiederherstellung von Wassermolekülen an der Kathode möglich.
Erinnern Sie sich daran, was der Prozess an der Kathode bei der Elektrolyse der Lösung eines beliebigen Elektrolytens fließt, kann folgende den folgenden Prinzipien folgen:
1) Wenn der Elektrolyt aus einer Metallkation besteht, die im freien Zustand bei normalen Bedingungen mit Wasser reagiert, wird die Kathode verarbeitet:
2h 2 o + 2e - \u003d 2OH - + H 2
Dies gilt für die Metalle zu Beginn einer Reihe von ALC-Aktivität inklusive.
2) Wenn der Elektrolyt aus einer Metallkation besteht, die nicht in freier Form mit Wasser reagiert, aber mit nicht sauren Säuren reagiert, gibt es zwei Prozesse als die Wiederherstellung von Metallkationen und Wassermolekülen:
Ich n + + ne \u003d ich 0
Solche Metalle umfassen Metalle, die zwischen Al und N in einer Reihe von Tätigkeiten liegen.
3) Wenn der Elektrolyt aus Wasserstoffkationen (Säure) oder Metallkationen besteht, die nicht mit Nichtsäuren reagieren, werden nur Elektrolytkationen wiederhergestellt:
2n + + 2e - \u003d h 2 - im Fall von Säure
Ich n + + ne \u003d ich 0 - im Salzfall
Auf der Anode in der Zwischenzeit ist die Situation wie folgt:
1) Wenn der Elektrolyt Anionen von sauerstofffreien Säureresten (außer F -) enthält, dann ist die Anode der Prozess ihrer Oxidation, die Wassermoleküle werden nicht oxidiert. Beispielsweise:
2SL - - 2E \u003d CL 2
S 2- - 2e \u003d s o
Fluoridionen werden nicht an der Anode oxidiert, da das Fluor nicht in der Lage ist, sich in einer wässrigen Lösung zu bilden (reagiert mit Wasser)
2) Wenn der Elektrolyt Hydroxidionen (Alkali) enthält, werden sie anstelle von Wassermolekülen oxidiert:
4ON - - 4E - \u003d 2H 2 O + O 2
3) Wenn der Elektrolyt einen Sauerstoff enthaltenden Säurestest (mit Ausnahme von organischen Säureresten) oder Fluoridionen (F -) an der Anode enthält, besteht ein Prozess der Oxidation von Wassermolekülen:
2h 2 o - 4e - \u003d o 2 + 4h +
4) Im Falle des Säurestests von Carbonsäure auf der Anode gibt es einen Prozess:
2RCOO - - 2E - \u003d R-R + 2CO 2
Üben wir, um Elektrolysegleichungen für verschiedene Situationen aufzunehmen:
Beispiel №1.
Schreiben Sie die Gleichungen von Prozessen, die auf der Kathode und der Anode mit der Elektrolyse der Schmelze von Zinkchlorid sowie der Elektrolyse der Schmelze von Zinkchlorid sowie allgemeine Gleichung. Elektrolyse.
Entscheidung
Beim Lager von Zinkchlorid erfolgt die Dissoziation:
ZnCl 2 \u003d Zn 2+ + 2Cl -
Als nächstes sollte auf die Tatsache gezahlt werden, dass die Elektrolyse die Schmelze von Zinkchlorid und keine wässrige Lösung ist. Mit anderen Worten, ohne Optionen kann nur die Wiederherstellung von Zinkkationen auf der Kathode auftreten, und die Oxidation von Chloridionen auf der Anode. Es gibt keine Wassermoleküle:
Kathode: Zn 2+ + 2e - \u003d Zn 0 | ∙ 1
Anode: 2Cl - - 2e - \u003d CL 2 | ∙ 1
Zncl 2 \u003d zn + cl 2
Beispiel Nummer 2.
Schreiben Sie die Gleichungen von Prozessen, die auf die Kathode und die Anode mit der Elektrolyse der wässrigen Lösung von Zinkchlorid sowie der allgemeinen Elektrolysegleichung fließen.
Da in diesem Fall eine wässrige Lösung einer Elektrolyse unterzogen wird, dann kann Wassermoleküle in der Elektrolyse elektrolyse theoretisch teilnehmen. Da Zink in einer Aktivitätsreihe zwischen Al und It angeordnet ist, bedeutet dies, dass die Kathode sowohl die Restauration von Zinkkationen als auch Wassermoleküle auftritt.
2h 2 o + 2e - \u003d 2OH - + H 2
Zn 2+ + 2e - \u003d Zn 0
Das Chloridion ist ein Säurerest von HCl-Oxygaläure, so dass im Wettbewerb zur Oxidation an den Anodenchloridionen "gewonnen" in Wassermolekülen gewonnen wird:
2Cl - - 2e - \u003d Cl 2
In diesem speziellen Fall kann die Gesamtelektrolysegleichung nicht geschrieben werden, da sie durch das Verhältnis zwischen Wasserstoff und Zink unbekannt ist, das auf der Kathode freigesetzt wird.
Beispiel Nummer 3.
Schreiben Sie die Gleichungen der Verfahren der Kathode und der Anode mit der Elektrolyse der wässrigen Lösung von Kupfernitrat sowie der allgemeinen Elektrolysegleichung.
Kupfernitrat in Lösung ist in einem Prädidrativzustand:
Cu (Nr. 3) 2 \u003d CU 2+ + 2NO 3 -
Kupfer ist in einer Aktivitätsreihe nach rechts von Wasserstoff, dh die Kupferkationen werden auf der Kathode wiederhergestellt:
Cu 2+ + 2e - \u003d cu 0
Nitrat-Ionen-Nr. 3 - - Sauerstoff enthaltende Säurestest bedeutet, dass bei Oxidation auf Anodennitrationen "verlieren" im Wettbewerb von Wassermolekülen:
2h 2 o - 4e - \u003d o 2 + 4h +
Auf diese Weise:
Kathode: Cu 2+ + 2e - \u003d CU 0 | ∙ 2
2CU 2+ + 2H 2 O \u003d 2CU 0 + O 2 + 4H +
Die infolge der Zugabe erhaltene Gleichung ist die Elektrolyse-Ionengleichung. Um eine vollständige molekulare Elektrolysegleichung zu erhalten, fügen Sie links und rechter Seite der empfangenen und rechten Seite 4-Ionen-Nitrat hinzu ionengleichung. Als Gegenion. Dann bekommen wir:
2cu (Nr. 3) 2 + 2H 2 O \u003d 2CU 0 + O 2 + 4HNO 3
Beispiel Nummer 4.
Schreiben Sie die Gleichungen der an der Kathode und der Anode auftretenden Prozesse mit der Elektrolyse von wässriger Lösung von Kaliumacetat sowie der allgemeinen Elektrolysegleichung.
Entscheidung:
Kaliumacetat in wässriger Lösung dissoziiert Kalium- und Acetationen:
CH 3 COPS \u003d CH 3 SOO - + K +
Kalium ist alkalisches Metall. Das Hotel liegt in einer Reihe elektrochemischer Stresszeile am Anfang. Dies bedeutet, dass seine Kationen an der Kathode nicht entladen können. Wassermoleküle werden stattdessen wiederhergestellt:
2h 2 o + 2e - \u003d 2OH - + H 2
Wie bereits oben erwähnt, saure Rückstände carbonsäuren "Gewinnen" im Wettbewerb um Oxidation in Wassermolekülen an der Anode:
2 SO 3 SO - - 2E - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2
Somit, indem das elektronische Gleichgewicht summiert und zwei Gleichungen von Halbressourcen auf der Kathode und der Anode geklappt wird, erhalten wir:
Kathode: 2H 2 O + 2E - \u003d 2OH - + H 2 | ∙ 1
Anode: 2CH 3 SOO - 2E - \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2 | ∙ 1
2H 2 O + 2CH 3 SOO - \u003d 2OH - + H 2 + CH 3 -CH 3 + 2CO 2
Wir haben die vollständige Elektrolysegleichung in Ionenform erhalten. Durch Zugabe von zwei Kaliumionen auf den linken und rechten Teil der Gleichung und mit Gegenwäldern erhalten wir die vollständige Elektrolysegleichung in der molekularen Form:
2H 2 O + 2CH 3 COO \u003d 2KOH + H 2 + CH 3 -CH 3 + 2CO 2
Beispiel Nummer 5.
Schreiben Sie die Gleichungen von Prozessen, die an der Kathode und der Anode mit der Elektrolyse der wässrigen Lösung von Schwefelsäure sowie der allgemeinen Elektrolysegleichung auftreten.
Schwefelsäure dissoziiert bei Hydrogenkationen und Sulfationen:
H 2 SO 4 \u003d 2H + + SO 4 2-
Die Kathode erfolgt auf der Kation von Wasserstoff H + und an der Anodenoxidation von Wassermolekülen, da Sulfationen Sauerstoff enthaltende Säurereste sind:
Kathode: 2n + + 2e - \u003d h 2 | ∙ 2
Anode: 2h 2 O - 4e - \u003d O 2 + 4H + | ∙ 1
4n + + 2h 2 o \u003d 2h 2 + o 2 + 4h +
Reduzierte Wasserstoffionen im linken und rechten und linken Teil der Gleichung, erhalten wir die Gleichung der Elektrolyse der wässrigen Lösung von Schwefelsäure:
2h 2 o \u003d 2h 2 + O 2
Wie Sie sehen, wird die Elektrolyse der wässrigen Lösung von Schwefelsäure auf die Elektrolyse von Wasser reduziert.
Beispiel Nummer 6.
Schreiben Sie die Gleichungen der an der Kathode und der Anode auftretenden Prozesse mit der Elektrolyse der wässrigen Lösung von Natriumhydroxid sowie der Gesamtelektrolysegleichung.
Natriumhydroxid-Dissoziation:
NaOH \u003d NA + + OH -
Auf der Kathode werden nur Wassermoleküle wiederhergestellt, da Natrium ein hochaktives Metall ist, nur Hydroxidionen an der Anode:
Kathode: 2H 2 O + 2E - \u003d 2OH - + H 2 | ∙ 2
Anode: 4OH - - 4E - \u003d O 2 + 2H 2 O | ∙ \u200b\u200b1
4h 2 O + 4OH - \u003d 4OH - + 2H 2 + O 2 + 2H 2 O
Wir reduzieren die beiden Wassermoleküle nach links und rechts und 4 Hydroxidionen und kommen zu der Tatsache, dass, wie bei Schwefelsäure, die Elektrolyse der wässerigen Lösung von Natriumhydroxid auf die Elektrolyse von Wasser verringert wird.
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Eme Ergebnisse. Zeigen, dass Aufgaben zum Thema "Elektrolyse" für Absolventen komplex bleiben. IM schulprogramm Die Untersuchung dieses Themas erhält eine unzureichende Anzahl von Stunden. Bei der Bereitstellung von Schulkindern zur Prüfung ist es daher notwendig, dieses Problem in sehr detaillierter zu erkunden. Die Kenntnis der Grundlagen der Elektrochemie hilft einem Abschluss, die Prüfung erfolgreich weiterzugeben und in der höheren Bildungseinrichtung fortzusetzen. Für die Untersuchung des Themas "Elektrolyse" muss auf einem ausreichenden Niveau gehalten werden vorarbeit Mit Absolventen der EGE: - Erwägen Sie die Definition der Grundkonzepte im Thema "Elektrolyse"; - Analyse des Prozesses der Elektrolyse von Schmelzen und Elektrolytlösungen; - Konsolidieren Sie die Regeln, um Kationen auf der Kathode und der Oxidation der Anionen auf der Anode wiederherzustellen (die Rolle von Wassermolekülen während der Elektrolyse von Lösungen); - Bildungsfähigkeiten, um Gleichungen des Elektrolyseprozesses (Kathoden- und Anodenprozesse) zu erstellen; - Unterrichten Sie den Schülern, typische Aufgaben auszuführen basislevel (Aufgaben), erhöht und hohes Level Schwierigkeiten. Elektrolyse - Der Redox-Prozess, der in Lösungen und Schmelzen von Elektrolyten während des Durchgangs des direkten elektrischen Stroms fließt. In Lösung oder Schmelzelektrolyt tritt seine Dissoziation auf Ionen auf. Wenn der elektrische Strom eingeschaltet ist, können die Richtungsbewegung und auf der Oberfläche der Elektroden Redoxprozesse auftreten. Anode - Positive Elektrode, es geht Oxidationsprozesse.
Die Kathode ist eine negative Elektrode, es gibt Prozesse der Erholung darauf.
Elektrolyse von Schmelzen. Es wird verwendet, um aktive Metalle zu erhalten, die sich in einer Stresszeile an Aluminium (inklusive) befinden.
Elektrolyse von Schmelz Natriumchlorid
K (-) na + + 1e -\u003e na 0
A (+) 2Cl - - 2e -\u003e cl 2 0
2NACL (E-Mail) -\u003e 2NA + CL 2 (nur mit Schmelzelektrolyse).
Aluminium wird durch Elektrolyse von Aluminiumoxidlösung in geschmolzenem Kryolith (Na 3 Alf 6) erhalten.
2Al 2 O 3 (E-Mail) -\u003e 4al + 3o 2
K (-) al 3+ + 3e ~ -\u003e al
A (+) 2o 2 ~ -2e ~ -\u003e o 2
Elektrolyse von Kaliumhydroxidschmelze.
KOH-\u003e K + + OH ~
K (-) k + + 1e -\u003e k 0
A (+) 4OH - - 4E -\u003e O 2 0 + 2N 2
4koh (E-Mail) -\u003e 4k 0 + O 2 0 + 2N 2 O
Die Elektrolyse von wässrigen Lösungen ist komplizierter, da die Wassermoleküle in diesem Fall auf den Elektroden wiederhergestellt werden können.
Elektrolyse von wässrigen Salzenlösungen Komplizierter aufgrund der möglichen Beteiligung an den Elektrodenprozessen von Wassermolekülen an der Kathode und an der Anode.
Elektrolyse-Regeln in wässrigen Lösungen.
An der Kathode:
1. Kationen, die sich in einer Reihe von Metallspitzen von Lithium bis Aluminium (inklusive) sowie Kationen befinden Nn 4 +. Wiederherstellen, Wassermoleküle werden stattdessen wiederhergestellt:
2n 2 o + 2e-> H 2 + 2H -
2. Kationen, die sich nach Aluminium in Wasserstoff in einer Reihe von Spannungen befinden, können mit Wassermolekülen zusammengewonnen werden:
2n 2 o + 2e-> H 2 + 2h -
Zn 2+ + 2e-> Zn 0.
3. Kationen, die sich in einer Spannungszeile nach Wasserstoff befinden, sind vollständig wiederhergestellt: AG + + 1E-> AG 0.
4. Wasserstoffionen werden in sauren Lösungen restauriert: 2n + + 2e-> H 2.
Auf der Anode:
1. Sauerstoffhaltige Anionen und F - - Nicht oxidieren, Wassermoleküle werden stattdessen oxidiert:
2n 2 o - 4e-> O 2 + 4n +
2. Tiedionen von Schwefel, Jod, Brom, Chlor (in dieser Reihenfolge) werden auf einfache Substanzen oxidiert:
2SL - - 2E-> Klumpen 2 0 s 2- - 2e-> S 0.
3. Hydroxidionen werden in Alkalis-Lösungen oxidiert:
4ON - - 4E-> O 2 + 2n 2 o
4. Anionen werden in Lösungen von Carboxylsalzen oxidiert:
2 R - SOO - - 2E-> R - R + 2SO 2
5. Bei Verwendung von löslichen Anoden sendet die Elektronen in der äußeren Kette die Anode selbst aufgrund der Oxidation von Metallatomen, aus denen die Anode hergestellt wird:
Cu 0 - 2e-> CU 2+.
Beispiele für Elektrolyseprozesse in wässrigen Lösungen von Elektrolyten
Beispiel 1.K 2 SO 4 -\u003e 2K + + SO 4 2-
K (-) 2h 2 o + 2e ~ -\u003e h 2 + 2OH -
A (+) 2H 2 O - 4e ~ -\u003e O 2 + 4h +
Allgemeine Elektrolysegleichung: 2H 2 O (E-Mail) -\u003e 2 h 2 + O 2
Beispiel 2. NACL -\u003e NA + + CL ~
K (-) 2h 2 o + 2e ~ -\u003e h 2 + 2OH -
A (+) 2Cl - - 2e -\u003e cl 2 0
2NACL + 2H 2 O (E-Mail) -\u003e H 2 + 2NAOH + CL 2
Beispiel 3. CU SO 4 -\u003e CU 2+ + SO 4 2-
K (-) cu 2+ + 2e ~ -\u003e cu
A (+) 2H 2 O - 4e ~ -\u003e O 2 + 4h +
Allgemeine Gleichung der Elektrolyse: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O (Strom) -\u003e 2CU + O 2 + 2H 2 SO 4
Beispiel 4. CH 3 Coona-\u003e CH 3 COO ~ + NA +
K (-) 2h 2 o + 2e ~ -\u003e h 2 + 2OH -
A (+) 2CH 3 COO ~ - 2E ~ -\u003e C 2 H 6 + 2CO 2
Allgemeine Elektrolysegleichung:
CH 3 Coona + 2H 2 O (E-Mail) -\u003e H 2 + 2NAHCO 3 + C 2 H 6
Quests des Grundniveaus der Komplexität
Testen Sie das Thema "Elektrolyse von Schmelzen und Salzenlösungen. Eine Reihe von Metallspannungen. "
1. Klicken Sie auf eine der Elektrolyseprodukte in einer wässrigen Lösung:
1) Kci. 2) cuso 4 3) feci 2 4 4) AGNO 3
2. Mit der Elektrolyse der wässrigen Lösung von Kaliumnitrat auf der Anode zugeteilt: 1) O 2.2) NO 2 3) N 2 4) H 23. Wasserstoff wird unter der Elektrolyse der wässrigen Lösung gebildet: 1) CACI 2. 2) CUSO 4 3) Hg (Nr. 3) 2 4) AGNO 34. Die Reaktion ist möglich zwischen: 1) AG und K 2 SO 4 (P-P) 2) Zn und KCI (P-P) 3) Mg und snci 2(P-p) 4) AG und CUSO 4 (p-P) 5. Mit der Elektrolyse der Lösung von Natriumjodid an der Kathode der Lacmus-Farbe in der Lösung: 1) rot 2 ) Blau 3) lila 4) gelb6. Mit der Elektrolyse von wässriger Lösung von Kaliumfluorid auf der Kathode zugeteilt: 1) wasserstoff2) Fluoridfluor 3) Fluor 4) Sauerstoff
Aufgaben zum Thema "Elektrolyse"
1. Elektrolyse 400 g einer 20% igen Lösung crash Salz Es wurde angehalten, als 11,2 Liter (N.U.) Gas auf der Kathode getrennt wurde. Der Zersetzungsgrad des Quellsalzes (in%) ist:
1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18
Die Lösung des Problems.Wir kompilieren die Gleichung der Elektrolysereaktion: 2NACL + 2H 2 O → H 2 + CL 2 + 2NAOHM (NaCl) \u003d 400 ∙ 0,2 \u003d 80 g Salze wurden in Lösung.ν (H 2) \u003d 11,2 / 22,4 \u003d 0, 5 Mol ν (NaCl) \u003d 0,5 ∙ 2 \u003d 1 Molm (NaCl) \u003d 1 ∙ 58,5 \u003d 58,5 g Salze wurden während der Elektrolyse zerlegt. Salzzersetzung von 58,5 / 80 \u003d 0,73 oder 73%.Antwort: 73% Salz zersetzt.
2. Führt die Elektrolyse von 200 g einer 10% igen Chromsulfatlösung (III) mit den Gesamtsalzausgaben (Metall auf der Kathode) durchgeführt. Die Masse (in Gramm) des konsumierten Wassers ist:
1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52
Die Lösung des Problems.Wir kompilieren die Elektrolysereaktionsgleichung: 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 20gν (CR 2 (SO 4) 3) \u003d 20/392 \u003d 0,051molν (H 2 O) \u003d 0,051 ∙ 3 \u003d 0,153 Molm (H 2 O) \u003d 0,153 ∙ 18 \u003d 2,76 gAufgaben erhöhtes Niveau Q3 Komplexität
1. Installieren Sie die Korrespondenz zwischen der Salzformel und der Gleichung des auf der Anode fließenden Verfahrens während der Elektrolyse seiner wässrigen Lösung.
3. Installieren Sie die Korrespondenz zwischen der Salzformel und der Gleichung des auf der Kathode fließenden Verfahrens bei der Elektrolyse seiner wässrigen Lösung.
5. Installieren Sie die Korrespondenz zwischen dem Namen der Substanz und den Elektrolyseprodukten seiner wässrigen Lösung.
Antworten: 1 - 3411, 2 - 3653, 3 - 2353, 4 - 2246, 5 - 145. Im Wege, der Untersuchung des Themas der Elektrolyse, sind Absolventen von diesem Abschnitt gut aufgenommen und zeigen gute Ergebnisse bei der Prüfung. Die Untersuchung des Materials wird von einer Präsentation zu diesem Thema begleitet.Elektrolyse (griechischer Elektron - Amber + Lyse - Zersetzung) - Chemische Reaktion, die während des Durchgangs von Gleichstrom durch den Elektrolyten auftritt. Diese Zersetzung von Substanzen an ihren Komponenten unter der Wirkung des elektrischen Stroms.
Der Elektrolyseverfahren besteht darin, die Kationen (positiv geladene Ionen) an die Kathode (negativ aufgeladen) zu bewegen, und negativ aufgeladene Ionen (Anionen) an der Anode (positiv aufgeladen).
Die Anionen und Kationen stürmten also jeweils nach Anode und Kathode. Hier ist eine chemische Reaktion. Um Aufgaben auf diesem Thema und Schreibreaktionen erfolgreich zu lösen, ist es erforderlich, die Prozesse an der Kathode und der Anode zu trennen. So wird dieser Artikel erstellt.
Kathode
Kationen werden von den Kathody-positiv geladenen Ionen angezogen: Na +, K +, Cu 2+, Fe 3+, AG + usw.
Um was zu etablieren die Reaktion ist An der Kathode ist zunächst einmal notwendig, die Aktivität des Metalls zu bestimmen: seine Position in der elektrochemischen Zeile der Metallspannung.
Wenn auf der Kathode ein aktives Metall (Li, Na, K) aufgetreten ist, werden Wassermoleküle anstelle davon wiederhergestellt, von denen Wasserstoff unterschieden wird. Wenn das Metall der mittleren Aktivität (CR, Fe, CD) - Wasserstoff auf der Kathode zugeteilt wird, und das Metall selbst. Nichtwirksame Metalle werden auf der Kathode in reiner Form (Cu, AG) hervorgehoben.
Ich beachte, dass Aluminium als Grenze zwischen Metallen der aktiven und mittleren Aktivität in einer Stresszeile angesehen wird. Mit der Elektrolyse an der Kathode werden die Metalle zu Aluminium (inklusive!) Nicht wiederhergestellt, Wassermoleküle werden stattdessen wiederhergestellt - Wasserstoff wird freigesetzt.
Wenn Wasserstoffionen an der Kathode - H + (zum Beispiel mit HCl, H 2 SO 4 Säureelektrolyse) empfangen werden, wird Wasserstoff von einem Säure-Molekülen restauriert: 2H + - 2E \u003d H 2
Anode
Anionen werden an die Anode angezogen - negativ geladene Ionen: SO 4 2-, PO 4 3-, CL -, BR -, I -, F -, S 2-, CH 3 COO.
Mit der Elektrolyse von sauerstoffhaltigen Anionen: SO 4 2-, PO 4 3- - Es werden keine Anionen an der Anode oxidiert, und Wassermoleküle, aus denen Sauerstoff unterschieden wird.
Hexlosen Anionen werden oxidiert und von den entsprechenden Halogenen ausgeschieden. Sulfidion beim Oxidierungsschwefeloxidation. Ausnahme ist Fluor - Wenn es in die Anode eintritt, wird das Wassermolekül entladen und Sauerstoff wird freigegeben. Fluor ist das elektronegative Element, daher ist eine Ausnahme.
Anionen organischer Säuren werden auf besondere Weise oxidiert: ein radikal angrenzender der Carboxylgruppe verdoppelt, und die Carboxylgruppe (COO) selbst verwandelt sich in Kohlendioxid - CO 2.
Beispiele für Lösungen.
Im Trainingsprozess können Sie auf Metalle stoßen, die in einer Aktivitätsreihe verpasst werden. In der Studienphase können Sie eine erweiterte Anzahl von Metalle-Aktivitäten verwenden.
Jetzt wissen Sie genau, was es auf der Kathode hervorsteht ;-)
Also üben. Wir erfahren heraus, was auf der Kathode und der Anode mit der Elektrolyse von AgCl-Lösungen, Cu (Nr. 3) 2, Albr 3, NAF, FEI 2, CH 3 COOLI gebildet wird.
Manchmal müssen Sie in Aufgaben die Elektrolyseantwort aufzeichnen. Ich informiere: Wenn Sie verstehen, dass es auf der Kathode gebildet wird, und was sich auf der Anode befindet, ist es nicht schwierig, eine Reaktion zu schreiben. Nehmen Sie zum Beispiel Elektrolyse-NACL und schreiben Sie die Reaktion:
NACL + H 2 O → H 2 + CL 2 + NAOH
Natrium ist ein aktives Metall, so dass Wasserstoff auf der Kathode unterscheidet wird. Anion enthält kein Sauerstoff, Halogen ist hervorgehoben - Chlor. Wir schreiben Gleichung, also können wir Natrium nicht zwingen, ohne eine Spur zu verdampfen :) Natrium reagiert mit Wasser, NaOH wird gebildet.
Wir schreiben die Reaktion der Elektrolyse für Cuso 4:
Cuso 4 + h 2 o → cu + o 2 + h 2 so 4
Kupfer bezieht sich auf geringe Wirkstoffe, daher ist es in reiner Form, der der Kathode zugeteilt ist. Anion Sauerstoff enthaltend, daher wird Sauerstoff in der Reaktion freigesetzt. Sulfationen verschwindet nicht irgendwo, es ist mit Wasserwasserstoff verbunden und verwandelt sich in eine misswidere Säure.
Elektrolyse von Schmelzen.
Alles, was wir bis zu diesem Punkt besprochen haben, betrafen die Elektrolyse von Lösungen, bei denen das Lösungsmittel Wasser ist.
Vor der Industriechemie ist eine wichtige Aufgabe - um Metalle (Substanzen) in reiner Form zu erhalten. Niedrig wirksame Metalle (AG, Cu) können leicht durch das Verfahren der Elektrolyse von Lösungen erhalten werden.
Aber was ist mit aktiven Metallen: Na, K, Li? Immerhin stehen mit der Elektrolyse ihrer Lösungen nicht auf der Kathode in seiner reinen Form, Wassermoleküle werden stattdessen wiederhergestellt und Wasserstoff unterscheidet sich. Hier verwenden wir Schmelze, die kein Wasser enthalten.
In wasserfreier Reaktion schmilzt es noch einfacher: Substanzen werden durch Komponenten zerlegt:
AlCl 3 → Al + Cl 2
Libr → li + br 2
© Bellevich Yuri Sergeevich 2018-2020
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