При электролизе водного раствора хлорида калия на катоде выделяется


Электролиз, подготовка к ЕГЭ по химии

Электролиз (греч. elektron - янтарь + lysis — разложение) - химическая реакция, происходящая при прохождении постоянного тока через электролит. Это разложение веществ на их составные части под действием электрического тока.

Процесс электролиза заключается в перемещении катионов (положительно заряженных ионов) к катоду (заряжен отрицательно), и отрицательно заряженных ионов (анионов) к аноду (заряжен положительно).

Итак, анионы и катионы устремляются соответственно к аноду и катоду. Здесь и происходит химическая реакция. Чтобы успешно решать задания по этой теме и писать реакции, необходимо разделять процессы на катоде и аноде. Именно так и будет построена эта статья.

Катод

К катоду притягиваются катионы - положительно заряженные ионы: Na+, K+, Cu2+, Fe3+, Ag+ и т.д.

Чтобы установить, какая реакция идет на катоде, прежде всего, нужно определиться с активностью металла: его положением в электрохимическом ряду напряжений металлов.

Если на катоде появился активный металл (Li, Na, K) то вместо него восстанавливаются молекулы воды, из которых выделяется водород. Если металл средней активности (Cr, Fe, Cd) - на катоде выделяется и водород, и сам металл. Малоактивные металлы выделяются на катоде в чистом виде (Cu, Ag).

Замечу, что границей между металлами активными и средней активности в ряду напряжений считается алюминий. При электролизе на катоде металлы до алюминия (включительно!) не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды - выделяется водород.

В случае, если на катод поступают ионы водорода - H+ (например при электролизе кислот HCl, H2SO4) восстанавливается водород из молекул кислоты: 2H+ - 2e = H2

Анод

К аноду притягиваются анионы - отрицательно заряженные ионы: SO42-, PO43-, Cl-, Br-, I-, F-, S2-, CH3COO-.

При электролизе кислородсодержащих анионов: SO42-, PO43- - на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды, из которых выделяется кислород.

Бескислородные анионы окисляются и выделяют соответствующие галогены. Сульфид-ион при оксилении окислении серу. Исключением является фтор - если он попадает анод, то разряжается молекула воды и выделяется кислород. Фтор - самый электроотрицательный элемент, поэтому и является исключением.

Анионы органических кислот окисляются особым образом: радикал, примыкающий к карбоксильной группе, удваивается, а сама карбоксильная группа (COO) превращается в углекислый газ - CO2.

Примеры решения

В процессе тренировки вам могут попадаться металлы, которые пропущены в ряду активности. На этапе обучения вы можете пользоваться расширенным рядом активности металлов.

Теперь вы точно будете знать, что выделяется на катоде ;-)

Итак, потренируемся. Выясним, что образуется на катоде и аноде при электролизе растворов AgCl, Cu(NO3)2, AlBr3, NaF, FeI2, CH3COOLi.

Иногда в заданиях требуется записать реакцию электролиза. Сообщаю: если вы понимаете, что образуется на катоде, а что на аноде, то написать реакцию не составляет никакого труда. Возьмем, например, электролиз NaCl и запишем реакцию:

NaCl + H2O → H2 + Cl2 + NaOH

Натрий - активный металл, поэтому на катоде выделяется водород. Анион не содержит кислорода, выделяется галоген - хлор. Мы пишем уравнение, так что не можем заставить натрий испариться бесследно :) Натрий вступает в реакцию с водой, образуется NaOH.

Запишем реакцию электролиза для CuSO4:

CuSO4 + H2O → Cu + O2 + H2SO4

Медь относится к малоактивным металлам, поэтому сама в чистом виде выделяется на катоде. Анион кислородсодержащий, поэтому в реакции выделяется кислород. Сульфат-ион никуда не исчезает, он соединяется с водородом воды и превращается в серую кислоту.

Электролиз расплавов

Все, что мы обсуждали до этого момента, касалось электролиза растворов, где растворителем является вода.

Перед промышленной химией стоит важная задача - получить металлы (вещества) в чистом виде. Малоактивные металлы (Ag, Cu) можно легко получать методом электролиза растворов.

Но как быть с активными металлами: Na, K, Li? Ведь при электролизе их растворов они не выделяются на катоде в чистом виде, вместо них восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород. Тут нам как раз пригодятся расплавы, которые не содержат воды.

В безводных расплавах реакции записываются еще проще: вещества распадаются на составные части:

AlCl3 → Al + Cl2

LiBr → Li + Br2

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Что такое электролиз концентрированного хлорида калия в водных растворах?

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • астрономия
  • астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • наука о планете Земля
  • Наука об окружающей среде
  • Органическая химия
  • физика
,

% PDF-1.4 % 680 0 объект > endobj Xref 680 45 0000000016 00000 н. 0000002171 00000 н. 0000002330 00000 н. 0000002868 00000 н. 0000003346 00000 п. 0000003871 00000 н. 0000004522 00000 н. 0000005173 00000 п. 0000005780 00000 н. 0000006305 00000 н. 0000006419 00000 н. 0000006531 00000 н. 0000006953 00000 п. 0000007336 00000 н. 0000007788 00000 н. 0000008694 00000 п. 0000008994 00000 н. 0000009021 00000 н. 0000009152 00000 п. 0000010015 00000 п. 0000010767 00000 п. 0000011446 00000 п. 0000011624 00000 п. 0000011804 00000 п. 0000012021 00000 п. 0000012736 00000 п. 0000012915 00000 п. 0000014044 00000 п. 0000014897 00000 п. 0000015812 00000 п. 0000021385 00000 п. 0000024309 00000 п. 0000032923 00000 п. 0000032993 00000 п. 0000033077 00000 п. 0000036037 00000 п. 0000036298 00000 п. 0000036459 00000 п. 0000036578 00000 п. 0000040930 00000 п. 0000041213 00000 п. 0000078927 00000 п. 0000078966 00000 п. 0000001979 00000 п. 0000001196 00000 н. прицеп ] / Пред. 198189 / XRefStm 1979 >> startxref 0 %% EOF 724 0 объект > поток hb``b``f`c`` = Ȁ

.

Анализ электролиза водных растворов

Анализ электролиза водных растворов

Люди также спрашивают

Электролиз других концентрированных водных растворов:

(a) Электролиз концентрированного раствора нитрата свинца (II)

  • Концентрированный нитрат свинца (II), Pb (NO 3 ) 2 Раствор состоит из Pb 2+ , H + , NO 3 - и движущихся ионов OH - свободно.
  • Ионы Pb 2+ и H + движутся к катоду, а ионы NO 3 - и ионы OH - движутся к аноду.
  • На катоде: Ионы Pb 2+ селективно разряжаются из-за их более высокой концентрации в электролите.
    Pb 2+ (водн.) + 2e - → Pb (s)
  • На аноде : ионы OH - селективно разряжаются, поскольку их положение в электрохимическом ряду ниже, чем NO 3 - ионов.Здесь фактор концентрации не важен.
    4OH - (водн.) → O 2 (г) + 2H 2 O (л) + 4e -

(б) Электролиз концентрированного раствора йодида калия

  • Концентрированный йодид калия , Раствор KI состоит из ионов K + , H + , I - и OH - , которые перемещаются свободно.
  • Ионы K + и H + перемещаются к катоду, а ионы I и ионы OH перемещаются к аноду.
  • На катоде: Ионы H + селективно разряжаются, поскольку их положение в электрохимическом ряду ниже, чем у ионов K + . Здесь фактор концентрации не важен.
    2H + (вод.) + 2e - → H 2 (г)
  • На аноде: Ионы I - селективно разряжаются из-за их более высокой концентрации в электролите.
    2I - (водн.) → I 2 (водн.) + 2e -

Электролиз других водных растворов с использованием активных электродов:

(a) Электролиз нитрата серебра, AgNO 3 раствор с использованием серебряных электродов

  • Раствор нитрата серебра состоит из ионов Ag + , ионов H + , ионов NO 3 и ионов OH - .
  • На катоде: Ионы Ag + и H + движутся к катоду. Ион Ag + ниже, чем ион H + в электрохимическом ряду. Следовательно, ионы Ag + селективно разряжаются с образованием атомов серебра. На катод нанесено металлическое серебро.
    Ag + (водный) + e - → Ag (s)
  • На аноде: Ионы NO - и ионы OH - перемещаются к аноду.Однако эти ионы не разряжаются. Вместо этого серебряный электрод растворяется с образованием ионов Ag + .
    Ag (s) → Ag + (водн.) + E -
  • Следовательно, концентрация раствора нитрата серебра остается неизменной.

(б) Электролиз насыщенного раствора хлорида натрия, раствора NaCl с использованием графита в качестве анода и ртути в качестве катода

  • Насыщенный раствор хлорида натрия состоит из ионов Na + , ионов H + , Cl - ионов и OH - ионов.
  • На катоде: Ионы Na + и H + движутся к ртутному катоду. Ионы Na + селективно разряжаются с образованием металлического натрия. Образовавшийся натрий затем соединяется с ртутью с образованием амальгамы натрия.
    Na + (водн.) + E - → Na (l)
    Na (l) + Hg (l) → Na / Hg (l) (Амальгама)
    Несмотря на то, что ион Na + выше, чем H + в электрохимическом ряду ионы Na + селективно разряжаются из-за действия ртутного электрода.
  • На аноде: Ионы Cl - и ионы OH - перемещаются к графитовому аноду. Ионы Cl - селективно разряжаются из-за их более высокой концентрации в электролите. Следовательно, образуется газообразный хлор.
    2Cl - (водн.) → Cl 2 (г) + 2e -

Электролиз раствора сульфата меди (II) Эксперимент 1

Цель: Исследовать электролиз меди (II) ) раствор сульфата и разбавленную серную кислоту.
Материалы: 0,1 моль дм -3 раствор сульфата меди (II), 0,1 моль дм -3 серная кислота и деревянная шина.
Аппарат: Батареи, угольные электроды, электролитическая ячейка, соединительные провода с зажимами типа «крокодил», амперметр, пробирки и выключатель.
Процедура:

A. Электролиз раствора сульфата меди (II)

  1. Электролитическая ячейка заполняется 0,1 моль дм3 -3 сульфата меди (II), раствор CuSO 4 до половины полный.
  2. Устройство настроено, как показано на рисунке. В начале исследования пробирка должна быть заполнена раствором сульфата меди (II).
  3. Переключатель включен, чтобы позволить электричеству проходить через электролит в течение 15 минут.
  4. Регистрируются наблюдения на аноде, катоде и электролите.
  5. Собирающийся на аноде газ испытывается с помощью светящейся деревянной шины.

B. Электролиз разбавленной серной кислоты

  1. Электролитическая ячейка заполняется разбавленной серной кислотой, H 2 SO 4 , пока она не будет заполнена наполовину.
  2. Устройство настроено, как показано на рисунке. В начале работы пробирки должны быть наполнены разбавленной серной кислотой.
  3. Переключатель включен, чтобы позволить электричеству проходить через электролит в течение 15 минут.
  4. Регистрируются наблюдения на аноде, катоде и электролите.
  5. Собранный на катоде газ проверяется деревянной лонгетой с подсветкой.
  6. Собирающийся на аноде газ испытывается с помощью светящейся деревянной шины.

Наблюдения:

Электролит Наблюдение
Катод Раствор анода Раствор анода На катоде осаждается коричневое твердое вещество. Пузырьки газа выпускаются. Вырабатывается бесцветный газ, который зажигает светящуюся деревянную шину. Снижается интенсивность синего цвета электролита.
Разбавленная серная кислота Выделяются пузырьки газа. Выделяется бесцветный газ, который при испытании с зажженной деревянной шиной издает "хлопающий" звук. Пузырьки газа выпускаются. Вырабатывается бесцветный газ, который зажигает светящуюся деревянную шину. Бесцветный раствор остается без изменений.

Стрелка амперметра отклонена.

Обсуждение:

  1. Водный раствор сульфата меди (II) состоит из ионов меди (II), Cu 2+ , ионов сульфата, SO 4 2- , ионов водорода, H + и гидроксид-ионы OH - , которые перемещаются свободно.
    • Во время электролиза ионы Cu 2+ и H + перемещаются к катоду. Ионы Cu 2+ селективно разряжаются, в результате чего каждый ион Cu 2+ принимает два электрона с образованием металлической меди.
      Cu 2+ (водн.) + 2e - → Cu (s)
    • Ионы SO 4 2- и ионы OH - перемещаются к аноду. Ионы OH - избирательно разряжаются, отдавая электроны с образованием кислорода и воды.
      4OH - (водн.) → O 2 (г) + 2H 2 O (I) + 4e -
    • Интенсивность синего цвета электролита уменьшается с увеличением концентрации синего Cu 2 + ионов уменьшается, когда на катоде осаждается больше меди.
    • Электролит становится более кислым из-за оставшихся ионов H + и SO 4 2-.
  2. Разбавленная серная кислота состоит из ионов водорода H + , ионов сульфата SO 4 2- и гидроксид-ионов OH -, которые свободно перемещаются.
    • Во время электролиза ионы H + движутся к катоду. Ионы H + разряжаются путем принятия электронов с образованием газообразного водорода.
      2H + (вод.) + 2e - → H 2 (г)
    • Ионы S0 4 2- и ионы OH - перемещаются к аноду. Ионы OH - избирательно разряжаются, отдавая электроны с образованием кислорода и воды.
      4OH - (водн.) → O 2 (г) + 2H 2 O (I) + 4e -
    • Концентрация серной кислоты постепенно увеличивается по мере разложения воды на газообразный водород и газообразный кислород.Объем образующегося газообразного водорода в два раза превышает объем газообразного кислорода.

Заключение:

  1. Во время электролиза раствора сульфата меди (II) с использованием угольных электродов металлическая медь осаждается на катоде, а газообразный кислород образуется на аноде.
  2. Во время электролиза разбавленной серной кислоты с использованием угольных электродов на катоде выделяется газообразный водород, а на аноде образуется газообразный кислород.

Электролиз раствора сульфата меди (II) Эксперимент 2

Цель: Исследовать влияние типов электродов на продукты электролиза.
Постановка задачи: Влияют ли типы электродов на типы продуктов, образующихся во время электролиза?
Гипотеза: Когда медные электроды используются вместо угольных электродов во время электролиза раствора сульфата меди (II), типы продуктов, образующихся на электродах, различны.
Переменные:
(a) Управляемая переменная: Типы электродов
(b) Реагирующая переменная: продукты, образующиеся на электродах
(c) Контролируемые переменные: Тип и концентрация электролита
Материалы: 0.1 моль дм -3 Раствор сульфата меди (II), деревянная шина и наждачная бумага.
Аппарат: Батареи, угольные электроды, медные электроды, электролитическая ячейка, соединительные провода с зажимами типа «крокодил», амперметр, пробирка и переключатель.

Порядок действий:

  1. Два угольных электрода зачищаются наждачной бумагой.
  2. Электролитическая ячейка заполняется 0,1 моль дм -3 сульфата меди (II), CuSO 4 до заполнения наполовину.
  3. Устройство настроено, как показано на рисунке.
  4. Переключатель включен, чтобы позволить электричеству проходить через электролит в течение 15 минут.
  5. Регистрируются наблюдения на аноде, катоде и электролите.
  6. Шаги с 1 по 5 повторяются с использованием медных электродов для замены угольных электродов.

Наблюдения:

Электрод Наблюдение
Анод Катод Углерод Углерод Вырабатывается бесцветный газ, который зажигает светящуюся деревянную шину. На катоде осаждается коричневое твердое вещество. Снижается интенсивность синего цвета электролита.
Медь Медный электрод растворяется в растворе. Анод становится тоньше. Катод становится толще. Интенсивность синего цвета электролита остается неизменной.

Обсуждение:

  1. Водный раствор сульфата меди (II) состоит из ионов меди (II), Cu 2+ , ионов сульфата, SO 4 2- , ионов водорода, H + и гидроксид-ионы OH - , которые перемещаются свободно.
  2. Во время электролиза с использованием угольных электродов
    • Ионы Cu 2+ и ионы H + перемещаются к катоду. Ион Cu 2+ ниже, чем ион H + в электрохимическом ряду. Следовательно, ионы Cu 2+ селективно разряжаются с образованием металлической меди.
      Cu 2+ (водн.) + 2e - Cu (s)
    • Ионы SO 4 2- и ионы OH - перемещаются к аноду. Ион OH - ниже, чем ион SO 4 2- в электрохимическом ряду.Следовательно, ионы OH - селективно разряжаются с образованием кислорода и воды.
      4OH - (водн.) → O 2 (г) + 2H 2 O (I) + 4e -
    • Интенсивность синего цвета электролита уменьшается из-за концентрации синего Cu 2+ ионов уменьшается, когда на катод наносится больше меди.
  3. Во время электролиза с использованием медных электродов
    • Ионы Cu 2+ и ионы H + перемещаются к катоду.Ион Cu 2+ ниже, чем ион H + в электрохимическом ряду. Следовательно, ионы Cu 2+ селективно разряжаются с образованием металлической меди.
      Cu 2+ (водн.) + 2e - → Cu (s)
    • Ионы SO 4 2- и ионы OH - перемещаются к аноду. Однако эти ионы не разряжаются. Вместо этого медный электрод растворяется с образованием ионов меди (II).
      Cu (s) → Cu 2+ (водн.) + 2e -
    • Интенсивность синей окраски электролита не меняется.Это связано с тем, что концентрация синих ионов Cu 2+ остается неизменной. Для одного иона Cu 2+ , разряженного с образованием атома меди на катоде, один атом меди с анода будет растворяться с образованием иона Cu 2+ .

Заключение:
Во время электролиза раствора сульфата меди (II) кислород и вода образуются на аноде, когда используются угольные электроды, а медный анод растворяется с образованием ионов меди (II), когда медные электроды используются.Однако на продукт, образующийся на катодах, не влияет тип используемых электродов. Гипотеза принята.

Эксперимент по электролизу раствора нитрата серебра

Цель: Изучить влияние положения ионов в электрохимическом ряду на продукты электролиза.
Постановка задачи: Как положение ионов в электрохимическом ряду влияет на избирательный разряд ионов на электродах?
Гипотеза: Чем ниже положение иона в электрохимическом ряду, тем выше тенденция этого иона к разряду.
Переменные:
(a) Управляемая переменная: положения ионов в электрохимическом ряду
(b) Реагирующая переменная: ионы, разряженные на электродах
(c) Контролируемые переменные: концентрация электролита, типы электродов, продолжительность электролиза
Материалы: 0,1 моль дм -3 раствор нитрата серебра 0,1 моль дм -3 раствор сульфата натрия и деревянная шина.
Аппарат: Батареи, угольные электроды, электролитическая ячейка, соединительные провода с зажимами типа «крокодил», амперметр, пробирки и выключатель.
Процедура:

  1. Электролитическая ячейка заполняется раствором нитрата серебра 0,1 моль дм -3 , AgNO 3 до тех пор, пока он не будет заполнен наполовину.
  2. Устройство настроено, как показано на рисунке.
  3. Переключатель включен, чтобы позволить электричеству проходить через электролит в течение 15 минут.
  4. Регистрируются наблюдения на аноде и катоде.
  5. Любые выделяемые газы проверяются деревянным осколком.
  6. Шаги с 1 по 5 повторяются с использованием 0,1 моль дм -3 сульфата натрия, раствора Na 2 SO 4 для замены 0,1 моль дм раствора нитрата серебра -3 .

Наблюдения:

Электролит Наблюдение
Катод Твердый анод
, серый , Пузырьки газа выпускаются. Вырабатывается бесцветный газ, который зажигает светящуюся деревянную шину.
Раствор сульфата натрия Выделяются пузырьки газа. Выделяется бесцветный газ, который при испытании с зажженной деревянной шиной издает "хлопающий" звук. Пузырьки газа выпускаются. Вырабатывается бесцветный газ, который зажигает светящуюся деревянную шину.

Обсуждение:

  1. Водный раствор нитрата серебра состоит из ионов серебра, Ag + , нитрат-ионов, NO 3 - , ионов водорода, H + и
    гидроксид-ионов , OH - , которые перемещаются свободно.
    • Во время электролиза ионы Ag + и H + перемещаются к катоду. Ион Ag + ниже, чем ион H + в электрохимическом ряду. Следовательно, ионы Ag + селективно разряжаются, принимая электроны с образованием атомов серебра.
      Ag + (водный) + e - → Ag (s)
    • Ионы NO 3 - и ионы OH - перемещаются к аноду. Ион ОН - ниже, чем ион NO 3 - в электрохимическом ряду.Следовательно, ионы OH - избирательно разряжаются, отдавая электроны с образованием кислорода и воды.
      4OH - (водн.) → O 2 (г) + 2H 2 O (l) + 4e -
    • Следовательно, электролит постепенно становится более кислым из-за ионов H + и NO 3 - осталось ионов.
  2. Водный раствор сульфата натрия состоит из ионов натрия, Na + , ионов сульфата, SO 4 2-, ионов водорода, H + и ионов гидроксида, OH - , которые свободно перемещаются ,
    • Во время электролиза ионы Na + и H + перемещаются к катоду. Ион H + ниже, чем ион Na + в электрохимическом ряду. Следовательно, ионы H + избирательно разряжаются, принимая электроны с образованием газообразного водорода.
      2H + (водн.) + 2e - → H 2 (г)
    • Ионы SO 4 2- и ионы OH - перемещаются к аноду. Ион OH - ниже, чем ион SO 4 2- в электрохимическом ряду.Следовательно, ионы OH- избирательно разряжаются, отдавая электроны с образованием кислорода и воды.
      4OH - (водн.) → O 2 (г) + 2H 2 O (л) + 4e -
    • Концентрация раствора сульфата натрия постепенно увеличивается по мере разложения воды на газообразный водород и газообразный кислород ,

Заключение:
Ионы в нижнем положении электрохимического ряда будут избирательно разряжаться во время электролиза раствора нитрата серебра и раствора сульфата натрия.Гипотеза принята.

Эксперимент по электролизу раствора соляной кислоты

Цель: Изучить влияние концентрации ионов в растворе на продукты электролиза.
Постановка задачи: Как концентрация ионов в соляной кислоте влияет на разряд ионов на аноде?
Гипотеза: Когда концентрация хлорид-ионов выше, хлорид-ионы будут избирательно разряжаться на аноде во время электролиза соляной кислоты.
Переменные:
(a) Управляемая переменная: Концентрация ионов в растворе
(b) Реагирующая переменная: Типы ионов, которые будут разряжены на электроде
(c) Контролируемые переменные: Тип электролита, типы электродов, продолжительность электролиза 0,001 моль дм -3 соляной кислоты, 2 моль дм -3 соляной кислоты, лакмусовой бумаги и деревянной лубки.
Аппарат: Батареи, угольные электроды, электролитическая ячейка, соединительные провода с зажимами типа «крокодил», амперметр, пробирки и выключатель.
Процедура:

  1. Электролитическая ячейка заполняется 0,001 моль дм -3 соляной кислотой, HCl, пока она не будет заполнена наполовину.
  2. Устройство настроено, как показано на рисунке.
  3. Переключатель включен, чтобы позволить электричеству проходить через электролит в течение 15 минут.
  4. Наблюдение на аноде записывается.
  5. Проверяется любой газ, образующийся на аноде.
  6. Шаги с 1 по 5 повторяются с использованием 2 моль дм -3 соляной кислоты для замены 0.001 моль дм -3 кислота соляная.

Наблюдения:

Раствор Наблюдение на аноде
0,001 моль дм -3 соляная кислота Выделяются пузырьки газа. Вырабатывается бесцветный газ, который зажигает светящуюся деревянную шину.
2 моль дм -3 соляная кислота Выделяется зеленовато-желтый газ с резким и удушающим запахом.Газ превращает синюю лакмусовую бумажку в красный, а затем в белый цвет.

Обсуждение:

  1. Водный раствор соляной кислоты состоит из ионов водорода, H + , ионов хлора, Cl - и ионов гидроксида, OH - , которые свободно перемещаются.
  2. Во время электролиза ионы Cl - и ионы OH - перемещаются к аноду.
    • Электролиз 0,001 моль дм -3 соляная кислота:
      Ионы OH - селективно разряжаются с образованием кислорода и воды.Это связано с тем, что ион OH - ниже, чем ион Cl - в электрохимическом ряду.
      4OH - (водн.) → O 2 (г) + 2H 2 O (I) + 4e -
    • Электролиз 2 моль дм -3 соляная кислота:
      Cl - ионы селективно разряжаются из-за их более высокой концентрации в электролите, даже если ион Cl - выше, чем ион OH - в электрохимическом ряду.Следовательно, образуется газообразный хлор.
      2Cl - (водн.) → Cl 2 (г) + 2e -

Примечание:
Во время электролиза на катод перемещаются только ионы H + . Следовательно, ионы H + выделяются с образованием газообразного водорода.
2H + (вод.) + 2e - → H 2 (г)
Во время электролиза 0,001 моль-дм -3 соляной кислоты концентрация электролита постепенно увеличивается по мере разложения воды до газообразного водорода и газообразный кислород.
Во время электролиза 2 моль дм -3 соляной кислоты концентрация электролита постепенно снижается по мере удаления из электролита ионов H + и ионов Cl - .

Заключение:
Во время электролиза 2 моль дм -3 соляной кислоты на селективный разряд хлорид-ионов влияет концентрация ионов, а не их положение в электрохимическом ряду. Гипотеза принята.

.

Электролиз растворов

ЭЛЕКТРОЛИЗ РЕШЕНИЙ

 

На этой странице рассматривается электролиз водных растворов соединений. Большинство людей довольно часто встречают это на курсах химии для 14-16-летних.

 

Основные идеи

Роль воды в электролизе водных растворов электролитов

Ситуация более сложная, когда вы электролизуете раствор, а не расплав, из-за присутствия воды.

Вода сама по себе является очень слабым электролитом, потому что она в очень незначительной степени расщепляется на ионы водорода и ионы гидроксида.


Примечание: Я, конечно, упрощаю это. Вы должны знать, что ион водорода не существует сам по себе в этих обстоятельствах - он фактически присоединяется к другой молекуле воды, давая ион гидроксония, H 3 O + . Это означает символ состояния (aq).


Это означает, что на каждый электрод может приходить более одного иона, и можно выбрать, какой из них будет разряжаться.

Например, если вы электролизовали раствор хлорида натрия, ионы натрия и ионы водорода (из воды) притягиваются к катоду, а ионы хлорида и ионы гидроксида (из воды) притягиваются к аноду.

 

Электрохимическая серия

В таблице ниже перечислены несколько металлов (и водород), показывающих их склонность к потере электронов. Чем более отрицательным является значение E ° (обычно читаемое как «E-ноль»), тем левее находится положение равновесия.

Это означает, что чем больше отрицательное значение E °, тем больше у одного из этих элементов склонности к потере электронов и образованию своих ионов.

Это также означает, что что-то вроде лития будет иметь небольшую тенденцию собирать электроны для образования атомов после ионизации.

Напротив, что-то с положительным значением E ° будет неохотно терять электроны для образования ионов, но будет довольно легко заставить один из его ионов улавливать электроны, чтобы снова стать нейтральным элементом.

Итак, золото не будет очень реактивным, потому что у него очень положительное значение E °. Нелегко удалить электроны, чтобы получить ионы золота, но ионы золота снова легко превратить в металлическое золото.

Электрохимический ряд можно рассматривать как расширенный и слегка модифицированный ряд реактивности.

Все, что вам действительно нужно знать об электролизе:

  • Чем выше в электрохимическом ряду находится что-то в правой части равновесия, тем легче оно теряет электроны.

  • Чем ниже в электрохимическом ряду находится что-то в левой части равновесия, тем легче оно будет улавливать электроны.


Примечание: Для целей электролиза вам не нужно понимать, откуда берутся эти числа или к чему именно относятся равновесия.

Если вы хотите узнать больше об электрохимических рядах, включая происхождение этих чисел, вы найдете их, перейдя по этой ссылке.Это вторая страница в серии страниц, посвященных окислительно-восстановительным потенциалам, и вам, вероятно, также потребуется прочитать первую страницу. Это не обязательно для просмотра остальной части текущей страницы.



Подведение итогов

Я хочу подвести итог этому, прежде чем подробно рассматривать конкретные примеры. Важно, чтобы вы запомнили шаблоны, приведенные в следующем фрагменте.

Что происходит на катоде?

Положительные ионы притягиваются к катоду, где они захватывают один или несколько электронов и разряжаются.

Либо металл осаждается, либо водород образуется из воды. Что вы получите, зависит от положения металла в электрохимическом ряду и, в некоторых случаях, от концентрации раствора.

  • Если металл ниже водорода в электрохимическом ряду (если он имеет положительное значение E °), то вы получите металл. К таким металлам относятся медь и серебро.

  • Если металл занимает высокое место в электрохимическом ряду (если он имеет довольно отрицательное значение E °), то вы получаете водород.К таким металлам относятся магний и натрий.

  • Металлы от, скажем, свинца до цинка в электрохимическом ряду более сложные. Что получится, зависит от концентрации раствора. Если раствор достаточно концентрированный, вы получите осаждение металла. Если раствор очень разбавлен на , вы получите водород. При промежуточных концентрациях вы можете получить и то, и другое.

Чем выше элемент в электрохимическом ряду, тем легче он теряет электроны и тем труднее забирает их обратно.Гораздо легче убедить медь взять обратно электроны, чтобы превратить ион в атом, чем, скажем, сделать то же самое с литием.

Что происходит на аноде?

Использование инертных электродов, таких как платиновый или угольный

Как правило, если у вас есть галоген, вы получите галоген. Со всеми другими распространенными анионами (отрицательными ионами) вы будете получать кислород из воды.

Но концентрация здесь играет роль.Например, если у вас есть концентрированный раствор хлорида натрия, на аноде будет в основном хлор. Чем больше и больше разбавленных растворов, тем меньше хлора и больше кислорода. Очень и очень разбавленные растворы будут давать в основном кислород.

Если анод не инертен

Сложность возникает, если анод не инертен, и мы рассмотрим пару примеров этого далее на странице.

 

Некоторые примеры

Электролиз раствора сульфата меди (II) угольными электродами

Медь находится ниже уровня водорода в электрохимическом ряду, поэтому, используя приведенное выше резюме, можно предсказать, что медь будет выделяться на катоде.

Продолжая использовать приведенное выше резюме, вы можете предсказать, что кислород будет выделяться на аноде, потому что в нем нет галогена.

Именно это и происходит.

На катоде

Ионы меди (II) и ионы водорода притягиваются к отрицательному катоду. Медь находится ниже водорода в электрохимическом ряду, поэтому именно медь принимает электроны от катода.

Катод покрывается медью.

На аноде

Ионы сульфата и ионы гидроксида притягиваются к положительному катоду, но очень трудно убедить ионы сульфата отдать электроны.

Теперь все усложняется, потому что есть два способа описания анодной реакции в подобных случаях. Самый простой способ - представить это в терминах гидроксид-ионов.

Предполагая, что гидроксид-ионы разряжены

Кислород выделяется.

Проблема в том, что в растворе сульфата меди (II) будет очень мало гидроксид-ионов. Вы можете обойти это, заметив, что реакция воды, в результате которой образуются ионы водорода и гидроксида, является равновесной. Когда вы разряжаете ионы гидроксида, равновесие смещается, чтобы заменить их.

Получение кислорода непосредственно из молекул воды

Общий эффект точно такой же, как если бы вы выпустили ионы гидроксида, и водное равновесие сместилось, чтобы заменить их.Сдвиг равновесия также будет производить ионы водорода. Они, конечно, будут отталкиваться от анода.

Так что же правильно?

Это почти наверняка зависит от pH раствора. В данном конкретном случае раствор сульфата меди (II) является умеренно кислым, что означает, что гидроксид-ионов даже меньше, чем в чистой воде, поэтому второе уравнение (вода), вероятно, будет более точным.


Примечание: Что вы делаете с этим для экзамена? Вам нужно выяснить, какую версию этих уравнений используют ваши экзаменаторы, и затем придерживаться ее - не беспокойтесь об изменении ее от примера к примеру.Вам необходимо проверить, какие из них они использовали в своих прошлых работах и ​​какая форма их предпочтительнее в их схемах оценок. Вполне вероятно, что они тоже согласятся, но вы должны быть уверены.


Подобные футляры

Любой раствор, содержащий ионы сульфата (включая разбавленную серную кислоту), будет вести себя точно так же на инертном аноде - будет выделяться кислород.

Ионы нитрата также производят кислород. Вывести гидроксид-ионы из воды (или самой воды, если вы используете это уравнение) легче, чем из нитрат-иона.

 

Электролиз раствора хлорида натрия угольными электродами

Натрий значительно превосходит водород в электрохимическом ряду, поэтому, используя приведенное выше резюме, можно предсказать, что водород будет выделяться на катоде.

Продолжая использовать приведенное выше резюме, можно предположить, что хлор (галоген) будет выделяться на аноде.

Оказывается, этот случай немного сложнее, потому что результат на аноде зависит от концентрации раствора.

На катоде

Прибывают ионы натрия и ионы водорода (из воды), но натрий настолько высок в электрохимическом ряду, что его ионы не разряжаются там, где есть выбор.

Если вы электролизуете расплавленный хлорид натрия, то выбора нет - нужно разряжать ионы натрия. Но в решении у вас есть альтернатива. К сожалению, есть два разных взгляда на это, как и на проблему с анодом, описанную выше.

Предполагая, что ионы водорода разряжаются

Выделяется водород.

Вы можете преодолеть тот факт, что в растворе не очень много ионов водорода, если вспомнить, что когда вода ионизируется с образованием ионов водорода и гидроксид-ионов, это равновесие. По мере того, как ионы водорода разряжаются, больше воды расщепляется, чтобы заменить их.

Получение водорода непосредственно из молекул воды

Как и в случае с аналогичным анодным случаем выше, как бы вы ни смотрели на него, общий эффект будет таким же.Вы получаете газообразный водород и образование ионов гидроксида - вместе с ионами водорода, когда водное равновесие смещается, чтобы заменить высвобождаемые ионы водорода.

Итак, какое уравнение вам следует использовать?

Вы должны руководствоваться тем уравнением, которое используют ваши экзаменаторы в своих вопросах или в схемах выставления оценок. На практике они, скорее всего, примут и то, и другое.

Подобные футляры

Когда вы электролизуете соединение металла над водородом в электрохимическом ряду и получаете водород, применяется тот же аргумент.Однако есть некоторые случаи, когда водород не выделяется при таких обстоятельствах, и мы рассмотрим их далее на странице.

На аноде

Ионы хлора и ионы гидроксида притягиваются к положительному аноду. На самом деле, ионы гидроксида немного легче разряжать, но в основном вы получаете хлор.

  • Если раствор хлорида натрия достаточно концентрирован, вы получите в основном хлор.

  • Если раствор хлорида натрия очень разбавлен , вы получите в основном кислород.

  • При промежуточных концентрациях вы получите смесь обоих.


Примечание: На этом уровне это то, что вам в основном просто необходимо принять. Нет никакого простого объяснения , которое я мог бы добавить, не делая эту длинную и часто сложную страницу еще хуже. Я думаю, очень маловероятно, что вам когда-либо придется объяснять причину этого на экзамене по химии на этом уровне.

Если вы столкнетесь с вопросами от экзаменаторов, которые, по-видимому, нуждаются в надлежащих объяснениях, не могли бы вы сообщить мне об этом по адресу, указанному на странице об этом сайте.Было бы полезно, если бы вы также могли точно сказать мне, что ваши экзаменаторы ожидают от вас.



Образование хлора определяется уравнением:

А образование кислорода задается одним из уравнений:

или:

Водные растворы бромидов и иодидов

В обоих случаях можно предположить, что на аноде образуется бром или йод.Уравнения аналогичны разряду ионов хлора, описанному выше.

 

Электролиз раствора хлорида натрия с использованием ртутного катода

Это хороший пример случая, когда природа электрода имеет огромное значение.

Когда-то это был основной промышленный метод производства раствора гидроксида натрия, а также хлора и водорода, но он был в значительной степени заменен более экологически чистыми методами. В прошлом были серьезные примеры опасного загрязнения из-за утечки ртути в окружающую среду.

На катоде

Когда ионы натрия и ионы водорода попадают на ртутный катод, именно ионы натрия выделяются в виде металлического натрия. Он растворяется в ртути с образованием раствора, известного как «натриевая амальгама».

Амальгама натрия вытекает из электролизера и вступает в реакцию с водой, освобождая ртуть для рециркуляции через электролизер и производя раствор гидроксида натрия и водород.

На аноде

Хлор производится, как и следовало ожидать.

 

Электролиз раствора сульфата цинка угольными электродами

Я использую соединение цинка в качестве примера довольно неожиданных результатов, которые вы получаете при электролизе растворов соединений металлов от свинца до цинка в электрохимической серии.

Все они выше водорода в электрохимическом ряду, и поэтому можно ожидать, что водород будет выделяться на катоде вместо металла. Это не то, что происходит при любой разумной концентрации растворов солей этих металлов.

На катоде

Ионы цинка захватывают электроны с катода, образуя атомы цинка, которые прикрепляются к катоду.

На аноде

Это еще один случай электролиза сульфата, и мы подробно рассмотрели его далее на странице, рассказывая об электролизе раствора сульфата меди (II).


Примечание: Опять же, не существует быстрого и простого способа объяснить, почему разряжаются ионы цинка, а не ионы водорода, и очень маловероятно, что вас попросят объяснить это на экзамене на этом уровне.

Если вы хотите узнать больше, вы можете погуглить перенапряжение . Вы можете встретить такие фразы, как «большое перенапряжение водорода». Использование слова «перенапряжение» на самом деле ничего не объясняет. Все, что он на самом деле говорит, - это то, что водород труднее разрядить, чем можно было бы ожидать, исходя из его положения в электрохимическом ряду - и мы знаем это, потому что экспериментально в том случае, о котором мы говорим, вы получаете цинк, а не водород.

Итак, если вы хотите следить за этим (почти наверняка не требуется для экзаменов по химии на этом уровне), поищите объяснения, объясняющие, почему значение E ° водорода не применимо в реальной ситуации электролиза раствора сульфата цинка.



Электролиз раствора нитрата серебра с использованием серебряного анода

Это пример случая, когда вы используете электрод, который химически участвует в реакции.

На катоде

Если вы электролизуете раствор нитрата серебра с использованием серебра в качестве анода, серебро будет осаждаться на любом материале, из которого сделан катод, как и следовало ожидать.

Может использоваться для серебряного покрытия.

На аноде

Но на аноде, вместо того, чтобы что-либо выгружать из раствора, серебро из анода переходит в раствор в виде ионов серебра, оставляя электроны на аноде.

Анод теряет серебро, и чистое изменение - это просто перенос серебра с анода на катод.

 

Электролиз раствора сульфата меди (II) с использованием медного анода

Аналогичное изменение происходит при электролизе раствора сульфата меди (II) с помощью медных электродов.Медь осаждается на катоде, как и следовало ожидать, но вместо кислорода, выделяемого на аноде, ионы меди (II) переходят в раствор. Опять же, есть чистый перенос меди от анода к катоду.

Используется для очистки меди, и вы можете узнать об этом больше, прочитав часть страницы о меди. Вам не нужна вся страница - только раздел об очищении.

 

Практическая деталь

Конечно, вы можете электролизовать раствор, поместив его в химический стакан с двумя угольными электродами и подключив электроды к источнику постоянного тока, например батарее.

Вы можете, однако, захотеть собрать газы, выделяемые для тестирования, и, возможно, измерить их объем. В заключительной части этой страницы рассматриваются два простых устройства, которые позволят вам это сделать.

Сбор любых газов для проверки

Если у вас есть газы, исходящие от обоих электродов, вам необходимо держать их отдельно, а также собирать их. Это простой и дешевый способ сделать это.

Изначально обе маленькие пробирки заполнены любым раствором, который вы можете подвергать электролизу.Газы, выходящие из двух электродов, не смешиваются, и, если есть два газа, оба могут быть испытаны отдельно.

Помимо газов, отчетливо видны любые осажденные на катоде металлы, а также любые растворы брома или йода, образующиеся на аноде. Раствор брома от бледного до средне-оранжевого цвета; Цвет раствора йода варьируется в зависимости от концентрации йода от оранжевого до темно-красного.


Примечание: Йод можно получить только при электролизе раствора йодида.Выделяющийся йод фактически реагирует с непрореагировавшими ионами йодида с образованием растворимого иона I 3 - . Это вызывает появление красного цвета.


Сбор любых газов для их измерения

Самый простой способ - использовать U-образную трубку с боковым рычагом. Вы можете собирать и измерять объем выделяемых газов, собирая их над водой в перевернутые мерные цилиндры или в газовые шприцы.

Амперметр включен в схему, потому что, если вы измеряете выделяемые объемы, вы почти наверняка захотите узнать, какой ток протекает, чтобы делать какие-либо вычисления. Расчеты описаны на других страницах этого раздела.

 
 

Куда бы вы сейчас хотели отправиться?

В меню «Электролиз». , ,

В меню «Неорганическая химия»., ,

В главное меню. , ,

 

© Джим Кларк, 2017

.

Смотрите также