Номер 815, страница 143 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

815. Какие ионы из указанных в предыдущем задании при электролизе водного раствора будут восстанавливаться, а какие — окисляться? Составьте уравнения процессов, протекающих на электродах.

Поскольку в задании есть ссылка на ионы из предыдущей задачи, которая недоступна, ответ будет дан в общем виде с разбором конкретных примеров, охватывающих все возможные случаи электролиза водных растворов солей.

При электролизе водного раствора электролита на электродах происходят процессы окисления и восстановления. В процессе участвуют не только ионы электролита, но и молекулы воды, которые могут конкурировать с ионами за разряд на электродах.

На катоде (отрицательный электрод) происходит процесс восстановления (присоединение электронов). За разряд на катоде конкурируют катионы металла и молекулы воды. Результат зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжений:

— Если катион образован активным металлом (до Al включительно), то восстанавливается вода: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$.

— Если катион образован металлом средней активности (между Al и H), то возможно одновременное восстановление и катионов металла, и воды.

— Если катион образован неактивным металлом (после H), то восстанавливается катион металла: $Me^{n+} + ne^- \rightarrow Me^0$.

— Если в растворе присутствуют катионы водорода (раствор кислоты), то восстанавливаются они: $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow$.

На аноде (положительный электрод) происходит процесс окисления (отдача электронов). За разряд на аноде конкурируют анионы кислотного остатка и молекулы воды.

— Если анион бескислородной кислоты (кроме $F^-$), например, $Cl^-, Br^-, I^-, S^{2-}$, то окисляется анион: $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$.

— Если анион кислородсодержащей кислоты ($SO_4^{2-}, NO_3^-, PO_4^{3-}$ и др.) или фторид-ион ($F^-$), то окисляется вода: $2H_2O - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 4H^+$.

— Если в растворе присутствует гидроксид-ион (раствор щелочи), то окисляется он: $4OH^- - 4e^- \rightarrow O_2 \uparrow + 2H_2O$.

Рассмотрим несколько примеров, чтобы определить, какие ионы восстанавливаются, а какие окисляются.

Электролиз водного раствора хлорида меди(II) (CuCl₂)

В растворе присутствуют ионы $Cu^{2+}$, $Cl^-$ и молекулы $H_2O$.

На катоде (-): Медь ($Cu$) — неактивный металл (стоит после водорода). Следовательно, восстанавливаться будет ион меди:

$K(-): Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$

На аноде (+): Анион $Cl^-$ является анионом бескислородной кислоты. Следовательно, окисляться будет он:

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

Ответ: При электролизе водного раствора $CuCl_2$ восстанавливается катион меди ($Cu^{2+}$), а окисляется хлорид-ион ($Cl^-$).

Электролиз водного раствора нитрата калия (KNO₃)

В растворе присутствуют ионы $K^+$, $NO_3^-$ и молекулы $H_2O$.

На катоде (-): Калий ($K$) — активный металл. Следовательно, ионы калия не восстанавливаются, а восстанавливается вода:

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

На аноде (+): Анион $NO_3^-$ является анионом кислородсодержащей кислоты. Следовательно, он не окисляется, а окисляется вода:

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

Ответ: При электролизе водного раствора $KNO_3$ ионы $K^+$ и $NO_3^-$ не участвуют в процессах на электродах. Происходит электролиз воды: на катоде восстанавливается вода, на аноде окисляется вода.

Электролиз водного раствора сульфата серебра (Ag₂SO₄)

В растворе присутствуют ионы $Ag^+$, $SO_4^{2-}$ и молекулы $H_2O$.

На катоде (-): Серебро ($Ag$) — неактивный металл. Следовательно, восстанавливаться будет ион серебра:

$K(-): Ag^+ + e^- \rightarrow Ag^0$

На аноде (+): Анион $SO_4^{2-}$ является анионом кислородсодержащей кислоты. Следовательно, он не окисляется, а окисляется вода:

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

Ответ: При электролизе водного раствора $Ag_2SO_4$ восстанавливается катион серебра ($Ag^+$), а на аноде окисляются молекулы воды (ион $SO_4^{2-}$ не окисляется).

Электролиз водного раствора хлорида натрия (NaCl)

В растворе присутствуют ионы $Na^+$, $Cl^-$ и молекулы $H_2O$.

На катоде (-): Натрий ($Na$) — активный металл. Следовательно, ионы натрия не восстанавливаются, а восстанавливается вода:

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

На аноде (+): Анион $Cl^-$ является анионом бескислородной кислоты. Следовательно, окисляться будет он:

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

Ответ: При электролизе водного раствора $NaCl$ на катоде восстанавливаются молекулы воды (ион $Na^+$ не восстанавливается), а на аноде окисляется хлорид-ион ($Cl^-$).