Номер 1334, страница 205 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1334. *При электролизе водных растворов каких солей можно практически получить соответствующий металл: $AgNO_3$, $CaBr_2$, $LiCl$, $Hg(NO_3)_2$, $SnSO_4$, $Mg(NO_3)_2$, $K_3PO_4$, $Pb(CH_3COO)_2$, $(NH_4)_2CrO_4$, $BaI_2$, $ZnSO_4$?

Для определения возможности получения металла при электролизе водного раствора соли необходимо сравнить электрохимическую активность катиона металла и воды. Общее правило основано на положении металла в ряду стандартных электродных потенциалов (ряду активности металлов):

1. Металлы, стоящие в ряду активности до алюминия включительно (например, Li, K, Ba, Ca, Mg), являются очень активными. В водных растворах их катионы не восстанавливаются на катоде. Вместо этого происходит восстановление молекул воды с выделением водорода: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$.
2. Металлы, стоящие в ряду активности между алюминием и водородом (например, Zn, Sn, Pb), являются металлами средней активности. В водных растворах их восстановление на катоде конкурирует с восстановлением воды. Практическое получение металла возможно, но часто сопровождается выделением водорода. Результат зависит от концентрации раствора, материала катода (перенапряжение водорода), плотности тока и pH среды. Для этих металлов получение в чистом виде возможно.
3. Металлы, стоящие в ряду активности после водорода (например, Cu, Hg, Ag), являются неактивными. В водных растворах их катионы восстанавливаются на катоде до свободных металлов, так как этот процесс энергетически выгоднее восстановления воды.

Рассмотрим каждую соль отдельно.

AgNO₃

Серебро (Ag) — металл, стоящий в ряду активности после водорода (неактивный металл). Поэтому при электролизе его катионы $Ag^+$ будут восстанавливаться на катоде, а не молекулы воды.

Катодный процесс: $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag \downarrow$

Ответ: Да, можно получить металлическое серебро.

CaBr₂

Кальций (Ca) — активный щелочноземельный металл, стоящий в ряду активности до алюминия. В водном растворе на катоде будут восстанавливаться молекулы воды, а не катионы $Ca^{2+}$.

Катодный процесс: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$

Ответ: Нет, получить металлический кальций нельзя.

LiCl

Литий (Li) — активный щелочной металл, стоящий в самом начале ряда активности. В водном растворе на катоде будут восстанавливаться молекулы воды, а не катионы $Li^+$.

Катодный процесс: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$

Ответ: Нет, получить металлический литий нельзя.

Hg(NO₃)₂

Ртуть (Hg) — металл, стоящий в ряду активности после водорода. Катионы ртути $Hg^{2+}$ будут восстанавливаться на катоде.

Катодный процесс: $Hg^{2+} + 2e^- \rightarrow Hg \downarrow$

Ответ: Да, можно получить металлическую ртуть.

SnSO₄

Олово (Sn) — металл средней активности, стоящий в ряду активности до водорода. Восстановление катионов $Sn^{2+}$ конкурирует с восстановлением воды, но из-за перенапряжения водорода на олове и подбора условий электролиза (концентрация, pH) можно практически осуществить выделение металлического олова.

Катодный процесс: $Sn^{2+} + 2e^- \rightarrow Sn \downarrow$

Ответ: Да, можно получить металлическое олово.

Mg(NO₃)₂

Магний (Mg) — активный металл, стоящий в ряду активности до алюминия. В водном растворе на катоде будут восстанавливаться молекулы воды, а не катионы $Mg^{2+}$.

Катодный процесс: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$

Ответ: Нет, получить металлический магний нельзя.

K₃PO₄

Калий (K) — активный щелочной металл. В водном растворе на катоде будут восстанавливаться молекулы воды, а не катионы $K^+$.

Катодный процесс: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$

Ответ: Нет, получить металлический калий нельзя.

Pb(CH₃COO)₂

Свинец (Pb) — металл средней активности, стоящий в ряду активности до водорода. Как и в случае с оловом, на катоде возможно восстановление катионов $Pb^{2+}$ до металла, особенно при подходящих условиях.

Катодный процесс: $Pb^{2+} + 2e^- \rightarrow Pb \downarrow$

Ответ: Да, можно получить металлический свинец.

(NH₄)₂CrO₄

Катион в этой соли — аммоний $NH_4^+$, а не катион металла. На катоде будет происходить восстановление воды. Получить металл из катиона аммония невозможно.

Катодный процесс: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$

Ответ: Нет, так как катион не является катионом металла, который можно восстановить до простого вещества.

BaI₂

Барий (Ba) — активный щелочноземельный металл. В водном растворе на катоде будут восстанавливаться молекулы воды, а не катионы $Ba^{2+}$.

Катодный процесс: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$

Ответ: Нет, получить металлический барий нельзя.

ZnSO₄

Цинк (Zn) — металл средней активности. Его стандартный потенциал близок к потенциалу восстановления воды, однако из-за высокого перенапряжения выделения водорода на цинковой поверхности, на катоде преимущественно идет процесс восстановления катионов $Zn^{2+}$. Электролиз раствора сульфата цинка — промышленный способ получения цинка.

Катодный процесс: $Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn \downarrow$

Ответ: Да, можно получить металлический цинк.

Таким образом, практически получить соответствующий металл можно при электролизе водных растворов солей: AgNO₃, Hg(NO₃)₂, SnSO₄, Pb(CH₃COO)₂, ZnSO₄.