Номер 1318, страница 203 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1318. Составьте уравнения химических реакций, протекающих при электролизе:

а) водного раствора хлорида натрия;

б) расплава бромида алюминия;

в) расплава хлорида кальция;

г) водного раствора сульфата калия;

д) расплава хлорида цинка;

е) водного раствора нитрата меди(II).

а) водного раствора хлорида натрия

При электролизе водного раствора хлорида натрия $NaCl$ в растворе присутствуют ионы $Na^+$, $Cl^-$ и молекулы воды $H_2O$.

На катоде (отрицательном электроде) происходит процесс восстановления. Конкурируют катионы $Na^+$ и молекулы $H_2O$. Так как натрий – активный металл (стоит в ряду напряжений до алюминия), восстанавливаться будут молекулы воды:

Катод (-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

На аноде (положительном электроде) происходит процесс окисления. Конкурируют анионы $Cl^-$ и молекулы $H_2O$. Хлорид-ионы окисляются, так как они относятся к бескислородным анионам (кроме $F^-$):

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

В растворе остаются ионы $Na^+$ и образуются гидроксид-ионы $OH^-$, которые составляют гидроксид натрия $NaOH$.

Суммарное уравнение реакции электролиза:

Ответ: $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

б) расплава бромида алюминия

При электролизе расплава бромида алюминия $AlBr_3$ присутствуют только ионы $Al^{3+}$ и $Br^-$.

На катоде (отрицательном электроде) восстанавливаются катионы алюминия:

Катод (-): $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$

На аноде (положительном электроде) окисляются бромид-ионы:

Анод (+): $2Br^- - 2e^- \rightarrow Br_2$

Для составления суммарного уравнения необходимо уравнять число электронов, для этого умножим катодный процесс на 2, а анодный на 3:

$2Al^{3+} + 6e^- \rightarrow 2Al$

$6Br^- - 6e^- \rightarrow 3Br_2$

Суммарное уравнение реакции электролиза:

Ответ: $2AlBr_3 \xrightarrow{электролиз} 2Al + 3Br_2$

в) расплава хлорида кальция

При электролизе расплава хлорида кальция $CaCl_2$ присутствуют ионы $Ca^{2+}$ и $Cl^-$.

На катоде (отрицательном электроде) восстанавливаются катионы кальция:

Катод (-): $Ca^{2+} + 2e^- \rightarrow Ca$

На аноде (положительном электроде) окисляются хлорид-ионы:

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Число отданных и принятых электронов равно, поэтому суммарное уравнение имеет вид:

Ответ: $CaCl_2 \xrightarrow{электролиз} Ca + Cl_2 \uparrow$

г) водного раствора сульфата калия

При электролизе водного раствора сульфата калия $K_2SO_4$ в растворе присутствуют ионы $K^+$, $SO_4^{2-}$ и молекулы воды $H_2O$.

На катоде (отрицательном электроде) конкурируют катионы $K^+$ и молекулы $H_2O$. Калий – активный металл, поэтому восстанавливаются молекулы воды:

Катод (-): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

На аноде (положительном электроде) конкурируют анионы $SO_4^{2-}$ и молекулы $H_2O$. Сульфат-ион является кислородсодержащим, поэтому окисляются молекулы воды:

Анод (+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$

Таким образом, катионы и анионы соли не участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Происходит электролиз воды, а сульфат калия лишь увеличивает электропроводность раствора.

Суммарное уравнение реакции электролиза:

Ответ: $2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

д) расплава хлорида цинка

При электролизе расплава хлорида цинка $ZnCl_2$ присутствуют ионы $Zn^{2+}$ и $Cl^-$.

На катоде (отрицательном электроде) восстанавливаются катионы цинка:

Катод (-): $Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn$

На аноде (положительном электроде) окисляются хлорид-ионы:

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

Суммарное уравнение реакции электролиза:

Ответ: $ZnCl_2 \xrightarrow{электролиз} Zn + Cl_2 \uparrow$

е) водного раствора нитрата меди(II)

При электролизе водного раствора нитрата меди(II) $Cu(NO_3)_2$ в растворе присутствуют ионы $Cu^{2+}$, $NO_3^{-}$ и молекулы воды $H_2O$.

На катоде (отрицательном электроде) конкурируют катионы $Cu^{2+}$ и молекулы $H_2O$. Медь – малоактивный металл (стоит в ряду напряжений после водорода), поэтому восстанавливаются катионы меди:

Катод (-): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu \downarrow$

На аноде (положительном электроде) конкурируют анионы $NO_3^{-}$ и молекулы $H_2O$. Нитрат-ион является кислородсодержащим, поэтому окисляются молекулы воды:

Анод (+): $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$

Уравняем число электронов, умножив катодный процесс на 2:

$2Cu^{2+} + 4e^- \rightarrow 2Cu \downarrow$

В растворе остаются нитрат-ионы $NO_3^-$ и образуются ионы водорода $H^+$, которые составляют азотную кислоту $HNO_3$.

Суммарное уравнение реакции электролиза:

Ответ: $2Cu(NO_3)_2 + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2Cu \downarrow + O_2 \uparrow + 4HNO_3$