Задание 22. «Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)»

2 Задание 22. «Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)» Проверяемые элементы содержания Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот) Требования к уровню подготовки выпускников Знать/понимать важнейшие химические понятия использовать важнейшие химические понятия для объяснения отдельных фактов и явлений; Уметь определять /классифицировать окислитель и восстановитель 2

3 Задание 22. «Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)» 3

4 Задание 31 (пример 1) Провели электролиз раствора хлорида натрия. К полученному раствору добавили хлорид железа(iii). Выпавший осадок отфильтровали и прокалили. Твёрдый остаток растворили в иодоводородной кислоте. Напишите уравнения четырёх описанных реакций. Вариант ответа 1) 2NaCl + 2H 2 O = Н 2 + 2NaОН + Cl 2 (электролиз) 2) FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 + 3NaCl 3) 2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O 4) Fe 2 O 3 + 6HI = 2FeI 2 + I 2 + 3H 2 O Работа 1 Работа 2 Работа 3 + 4

5 При электролизе водного раствора нитрата меди(ii) получили металл. Металл обработали концентрированной серной кислотой при нагревании. Выделившийся в результате газ прореагировал с сероводородом с образованием простого вещества. Это вещество нагрели с концентрированным раствором гидроксида калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций. Вариант ответа 1) 2Cu(NO 3 ) 2 + 2H 2 O = 2Cu + 4HNO 3 + O 2 (электролиз) 2) Cu + 2H 2 SO 4 (конц.) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O 3) SO 2 + 2H 2 S = 3S + 2H 2 O 4) 3S + 6KOH = 2K 2 S + K 2 SO 3 + 3H 2 O (возможно образование K 2 S 2 O 3 ) Работа 1 Работа 2 Задание 31 (пример 2) Работа 3 + 5

6 Задание 32 2СН 3 СООK + 2Н 2 О Н 2 + 2KOH + 2CО 2 + C 2 H 6 Работа 1 Работа 2 Работа 3 Работа 4 + 6

7 Электролиз расплавов NaCl = Na + + Cl Катодная реакция: Na + + е - = Na 0 2 Анодная реакция: 2Cl 2е - = Cl 2 1 Суммарный процесс: 2Na + + 2Cl = 2Na + Cl 2 эл. ток 2NaCl 2Na + Cl 2 расплав Анод Катод Инертные электроды NaOH = Na + + OH Катодная реакция: Na + + е - = Na 0 4 Анодная реакция: 4OH 4е - = O 2 + 2H 2 O 1 Суммарный процесс: 4Na + + 4OH = 4Na + O 2 + 2H 2 O 4NaOH расплав эл. ток 4Na + O 2 + 2H 2 O 7

8 Электролиз водных растворов Катодные процессы (восстановление) Электрохимический ряд напряжений металлов Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb Н 2 Sb Bi Cu Hg Ag Pt Au Порядок восстановления катионов Ме n+ не восстанавливаются 2Н 2 О + 2е - = Н 2 + 2ОН M n+ + ne - = М 0 2Н 2 О + 2е - = Н 2 + 2ОН 2H + + 2е - = Н 2 M n+ + ne - = М 0 На катоде протекает процесс с наиболее высоким значением электродного потенциала (восстанавливается наиболее сильный окислитель) 8

9 Электролиз водных растворов Анодные процессы (окисление) Анод Нерастворимый (инертный) графит, уголь, платина бескислородный Окисление аниона, кроме фторидов А m - mе - = A 0 Кислотный остаток А m кислородсодержащий В щелочной среде: 4ОН 4е - = О 2 + 2Н 2 О В кислой и нейтральной среде: 2Н 2 О 4е - = О 2 + 4Н + S 2, I, Br, Cl, OH, NO 3, CO 3 2, SO 4 2, PO 4 3 Порядок окисления анионов Растворимый Окисление металла анода: М 0 ne - = M n+ На аноде протекает процесс с наиболее низким значением электродного потенциала (окисляется наиболее сильный восстановитель) 9

10 Электролиз растворов c инертным анодом H 2 SO 4 = 2H + + SO 4 2 Катодная реакция: 2Н + + 2е - = Н 2 2 Анодная реакция: анионы SO 2 4 не окисляются! 2Н 2 О 4е - = О 2 + 4Н + 1 Суммарный процесс: 4Н + + 2Н 2 О = 2Н 2 + О 2 + 4Н + 2Н 2 О = 2Н 2 + О 2 KOH = K + + ОН Катодная реакция: катионы К + не восстанавливаются! 2Н 2 О + 2е - = Н 2 + 2ОН 2 Анодная реакция: 4ОН 4е - = О 2 + 2Н 2 О 1 Суммарный процесс: 4Н 2 О + 4ОН = 2Н 2 + 4ОН + О 2 + 2Н 2 О 2Н 2 О = 2Н 2 + О 2 10

11 Электролиз растворов с инертным анодом Na 2 SO 4 = 2Na + + SO 4 2 Катодная реакция: катионы Na + не восстанавливаются! 2Н 2 О + 2е - = Н 2 + 2ОН 2 Анодная реакция: анионы SO 2 4 не окисляются! 2Н 2 О 4е - = О 2 + 4Н + 1 Суммарный процесс: 4Н 2 О + 2Н 2 О = 2Н 2 + 4ОН + О 2 + 4Н + 2Н 2 О = 2Н 2 + О 2 Разложение воды! Cu(NO 3 ) 2 = Cu 2+ + NO 3 Катодная реакция: Сu е - = Сu 0 2 Анодная реакция: анионы NO 3 не окисляются! 2Н 2 О 4е - = О 2 + 4Н + 1 Суммарный процесс: 2Сu Н 2 О = 2Сu 0 + О 2 + 4Н + 2Cu(NO 3 ) 2 + 2H 2 O = 2Cu + O 2 + 4HNO 3 CuBr 2 = Cu Br Катодная реакция: Сu е - = Сu 0 1 Анодная реакция: 2Br 2е - = Br 2 1 Суммарный процесс: Сu Br = Сu 0 + Br 2 CuBr 2 = Cu + Br 2 11

12 Электролиз растворов солей карбоновых кислот с инертным анодом (Кольбе, 1849 г.) RCOONa RCOO + Na + Катодная реакция: 2Н 2 О + 2е Н 2 + 2ОН 1 Анодная реакция: 2RСОО 2е R-R + 2СО 2 1 Суммарный процесс: 2Н 2 О + 2RСОО Н 2 + 2ОН + R-R + 2СО 2 2RCOONa + 2Н 2 О Н 2 + 2NaOH + 2CО 2 + R-R (

13 Электролиз растворов с растворимым анодом Анод медный CuSO 4 = Cu 2+ + SO 4 2 Катодная реакция: Сu е - = Сu 0 1 Анодная реакция: Сu 0 2е - = Сu 2+ 1 Почему растворяется анод? На аноде возможны процессы: Сu 0 2е - = Сu 2+ E 10 = 0,34 В 2Н 2 О 4е - = О 2 + 4Н + E 20 = 1,23 В 2SO 2 4 2е - = S 2 O 2 8 E 30 = 2,01В E 10 < E 2 0 < E 3 0 окисляется медь Растворение металла происходит в том случае, если электродный потенциал металлического анода имеет меньшее значение, чем потенциалы ионов ОН или других веществ, присутствующих в растворе Где можно использовать электролиз с растворимым анодом? Электролитическая очистка металлов электролитическое рафинирование е - Катод + Cu е - Анод 13

14 Электролиз растворов с растворимым анодом Как очистить черновую медь от примесей Ag, Zn, Fe? Анод черновая медь с примесями других металлов (Ag, Fe, Zn), катод чистая медь, электролит раствор СuSO 4 Возможные процессы на аноде: Ag 0 е - = Ag + Сu 0 2е - = Сu 2+ Fe 0 2е - = Fe 2+ Zn 0 2е - = Zn 2+ 2Н 2 О 4е - = О 2 + 4Н + 2SO 4 2 2е - = S 2 O 8 2 E Me n+/ Me E 10 = 0,80 В E 20 = 0,34 В E 30 = 0,44 В E 40 = 0,76 В E 50 = 1,23 В E 60 = 2,01В Последовательность протекания процессов на аноде: 1. Zn 0 2е - = Zn Fe 0 2е - = Fe Сu 0 2е - = Сu 2+ Процессы на катоде: В первую очередь восстанавливаются катионы Сu 2+, имеющие наибольшее значение электродного потенциала: Сu е - = Сu 0 Ионы Fe 2+ и Zn 2+ остаются в растворе 14

15 Применение электролиза Гальванотехника (гальванопластика, гальваностегия) Анодирование Очистка металлов (рафинирование) Электролиз Получение водорода, галогенов, щелочей Получение металлов 15

22 Задания по теме «Электролиз» в формате ЕГЭ Установите соответствие между формулой соли и продуктами, образующимися на катоде при электролизе с инертными электродами её водного раствора. ФОРМУЛА СОЛИ ПРОДУКТЫ НА АНОДЕ А) NaF 1) водород Б) CuBr 2 2) кислород В) MgSO 4 3) oкcид углерода (IV) и этан Г) СH 3 COONa 4) oкcид серы (IV) 5) галоген Установите соответствие между формулой вещества и продуктами, образующимися на катоде и аноде при электролизе с инертными электродами его водного раствора. ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА А) KOH 1) металл, галоген Б) MnSO 4 2) металл, кислород В) NaBr 3) водород, галоген Г) CuCl 2 4) водород, кислород 5) металл, водород, кислород 22

23 Задания по теме «Электролиз» в формате ЕГЭ Установите соответствие между формулой вещества и процессом, протекающем на аноде при электролизе с инертными электродами его водного раствора. ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА АНОДНЫЙ ПРОЦЕСС А) NaOH 1) 2Н 2 О 4ē = О 2 + 4Н + Б) MnBr 2 2) 4ОН 4ē = О 2 + 2Н 2 О В) KF 3) 2Н 2 О + 2ē = Н 2 + 2ОН Г) Ni(NO 3 ) 2 4) 2F 2ē = F 2 5) 2Br 2ē = Br 2 6) 2H + + 2ē = H 2 Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения. МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ А) калий 1) водного раствора солей Б) кальций 2) расплава галогенида В) серебро 3) водного раствора гидроксида Г) кадмий 4) расплава нитрата 5) раствора глинозема в расплавленном криолите 23

24 Для выполнения заданий 1 3 используйте следующий ряд солей. Ответом в заданиях 1 3 является последовательность цифр, под которыми соли указаны в данном ряду. 1) NiSO 4 2) NaF 3) ZnCl 2 4) K 2 S 5) CoBr 2 1. Из указанных в ряду солей выберите две соли, при электролизе водных растворов которых на аноде выделяется кислород. Запишите в поле ответа номера выбранных солей. Ответ: 2. Из указанных в ряду солей выберите три соли, при электролизе водных растворов которых на катоде одновременно могут выделяться металл и водород. Расположите выбранные соли в соответствии с последовательностью выделения металлов на катоде из раствора, содержащего смесь этих солей с одинаковой концентрацией. Запишите в поле ответа номера выбранных солей в нужной последовательности. Ответ: 3. Из указанных в ряду солей выберите две соли, при электролизе водных растворов которых на катоде происходит только один процесс: 2Н 2 О + 2ē = Н 2 + 2ОН. Запишите в поле ответа номера выбранных солей. Ответ: 24

25 Для выполнения заданий 1 3 используйте следующий ряд солей. Ответом в заданиях 1 3 является последовательность цифр, под которыми соли указаны в данном ряду. 1) MgI 2 2) Cu(NO 3 ) 2 3) NiBr 2 4) AgF 5) AlСl 3 1. Из указанных в ряду солей выберите две соли, при электролизе водных растворов которых на катоде происходит только выделение водорода. Запишите в поле ответа номера выбранных солей. Ответ: 2. Из указанных в ряду солей выберите три соли, при электролизе водных растворов которых можно получить металл. Расположите выбранные соли в соответствии с последовательностью выделения металлов на катоде из раствора, содержащего смесь этих солей с одинаковой концентрацией. Запишите в поле ответа номера выбранных солей в нужной последовательности. Ответ: 3. Из указанных в ряду солей выберите две соли, при электролизе водных растворов которых в прианодном пространстве уменьшается значение рн. Запишите в поле ответа номера выбранных солей. Ответ: 25

27 При электролизе водного раствора хлорида меди(ii) с инертными электродами на катоде выделилось 12,8 г металла. Объем газа, выделившегося на аноде, равен при нормальных условиях л. (Запишите число с точностью до сотых.) При электролизе водного раствора нитрата калия с инертными электродами на аноде выделилось 25 л (н.у.) газа. Объем газа, выделившегося на катоде, равен при нормальных условиях л. (Запишите число с точностью до целых.) При электролизе водного раствора нитрата меди(ii) с инертными электродами на аноде выделилось 11,2 л (н.у.) газа. Масса кислоты, образовавшейся в электролизере, равна г. (Запишите число с точностью до целых.) При электролизе водного раствора бромида калия с инертными электродами на катоде выделилось 8,96 л (н.у.) газа. Масса брома, выделившегося на аноде, равна г. (Запишите число с точностью до целых.) При электролизе водного раствора нитрата серебра с инертными электродами на катоде выделилось 10,8 г металла. Объем газа, выделившегося на аноде, равен при нормальных условиях л. (Запишите число с точностью до сотых.) 27

28 Электролизу с инертными электродами подвергли 10%-й раствор сульфата натрия. Через некоторое время массовая доля соли в растворе составила 15%. Определите объёмы (н. у.) газов, выделившихся на катоде и аноде в процессе электролиза. Электролизу с инертными электродами подвергли 16%-й раствор сульфата меди (II) объемом 84,75 мл с плотностью 1,18 г/мл. После того как масса катода увеличилась на 1,28 г, ток отключили. Определите объём (н. у.) газа, выделившегося на аноде, и массовые доли веществ в растворе после окончания электролиза. Электролиз 110 г раствора, содержащего смесь хлорида натрия и хлорида калия общей массой 20,75 г, продолжали до полного разложения солей. В результате электролиза на аноде выделилось 3,36 л (н. у.) газа. Определите массовые доли хлорида натрия и хлорида калия в исходном растворе. Раствор ацетата натрия массой 200 г подвергли электролизу с инертным анодом до полного разложения соли. Для нейтрализации образовавшейся щёлочи потребовалось 32 мл 20%-го раствора соляной кислоты с плотностью 1,14 г/мл. Определите массовую долю ацетата натрия в исходном растворе. 28