Электролиз хлорида цинка в водном растворе уравнение

Схема электролиза водного раствора соли

Задача 590.
Составить схемы электролиза водного раствора хлорида цинка, если: а) анод цинковый; б) анод угольный.
Решение:
ZnCl₂ ⇔ Zn 2+ + 2Cl —
Стандартный электродный потенциал системы Zn 2+ + 2 = Zn 0 (-0,76 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением газообразного водорода:

2H₂O + 2 ⇔ H₂↑ + 2ОH —

а ионы цинка Zn 2+ , приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему части раствора (катодное пространство).

На аноде будет происходить электрохимическое окисление цинка – материала анода, поскольку, отвечающий системе Zn 0 + 2 ⇔ Zn 2+ (-0,76 В) значительно ниже 2Cl — — 2 ⇔ Cl₂ (+1,36 В). Ионы хлора, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Таким образом, на аноде будет происходить растворение цинка — материал анода, а на катоде – выделение газообразного водорода. В анодном пространстае будет накапливаться хлорид цинка, а в катодном пространстве ионы цинка, соединяясь с гидроксид-ионами, образуют малорастворимое соединение Zn(OH)₂.

Уравнения электродных процессов:

А(+): Zn 0 — 2e ⇔ Zn 2+
К(-): 2H₂O + 2 ⇔ H₂↑ + 2ОH —

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

2H₂O + Zn 0 ⇔ H₂↑ + 2OH- + Zn 2+
катод анод

Таким образом, при электролизе ZnCl₂ с цинковым анодом на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в осадок выпадает гидроксид цинка, на аноде будет происходить растворение материала анода (цинк) и будут накапливаться ионы цинка и хлорид-ионы.

б) При электролизе ZnCl₂ с угольным анодом будут происходить следующие процессы:

на катоде: 2H₂O + 2 ⇔ H₂↑ + 2ОH — ;
на аноде: 2Cl — — 2 ⇔ Cl₂,

хотя стандартные электродные потенциалы системы 2H₂O — 4 ⇔ O₂↑ + 4Н + и 2Cl — — 2 ⇔ Cl₂, соответственно, равны 1,23В и 1,36В. Объясняется это тем, что происходит перенапряжение системы на аноде.

Таким образом, при электролизе раствора хлорида цинка с угольным электродом на катоде будет будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в катодном пространстве будет выпадать осадок гидроксида цинка, а на аноде будет наблюдаться выделение газообразного хлора.

Задача 691.
Составить схемы электролиза водного раствора сульфата меди, если: а) анод медный; б) анод угольный.
Решение:
CaSO₄ ⇔ Ca 2+ + SO₄ 2-
Стандартный электродный потенциал системы Cu 2+ + 2 ⇔ Cu 0 (+0,34 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов меди:

Cu 2+ + 2 ⇔ Cu 0

На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди – материала анода, поскольку, отвечающий системе Cu 2+ — 2 ⇔ Cu (+0,34В) значительно ниже 2SO₄ 2- + 2 ⇔ S₂O₈ 2- (+2,01В). Ионы SO₄ 2- , движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве. Таким образом, на аноде будет происходить растворение меди — материал анода, а на катоде – выделение газообразного водорода. В анодном пространстае будет накапливаться сульфат меди, а в катодном пространстве ионы меди, соединяясь с гидроксид-ионами, образуют малорастворимое соединение Cu(OH)₂.

Уравнения электродных процессов:

А(+): Cu 0 — 2e ⇔ Cu 2+
К(-): Cu 2+ + 2e ⇔ Cu 0

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

2Cu 0 + Cu 2+ = Cu 2+ + Cu 0
анод катод

Таким образом, при электролизе CuSO₄ на катоде будет наблюдаться выделение газообразного водорода и в осадок выпадает гидроксид меди, на аноде будет происходить растворение материала анода (медь) и будут накапливаться ионы меди и сульфат-ионы.

б) При электролизе CuSO₄ с угольным анодом будут происходить следующие процессы ( стандартный электродный потенциал системы 2H₂O — 4 ⇔ O₂↑ + 4OH — и 2SO₄ 2- + 2 ⇔ S₂O₈ 2- , соответственно, равны 1,23 В и 2,01 В ):

на катоде: 2|4|Cu 2+ + 2 ⇔ Cu 0
на аноде: 1|2|2H₂O — 4 ⇔ O₂↑ + 4Н + .

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

2H₂O + 2Cu 2+ ⇔ О₂ ↑ + 4Н + + 2Cu (ионно-молекулярная форма);
анод катод
2CuSO₄ + 2H₂O → 2H₂SO₄ + O₂↑ + 2Cu ( молекулярная форма).

Таким образом, при электролизе раствора сульфата меди с угольным анодом на аноде будет наблюдаться выделение газообразного кислорода, и в анодном же пространстве будет накапливаться сульфат-ионы, которые с ионами водорода создают кислую среду, будет накапливаться серная кислота (2H + + SO₄ 2- = H₂SO₄); на катоде будет откладываться металлическая медь.

1.4.9. Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот).

Что такое электролиз? Для более простого понимания ответа на этот вопрос давайте представим себе любой источник постоянного тока. У каждого источника постоянного тока всегда можно найти положительный и отрицательный полюс:

Подсоединим к нему две химически стойких электропроводящих пластины, которые назовем электродами. Пластину, присоединенную к положительному полюсу назовем анодом, а к отрицательному катодом:

Далее, представьте, что у вас есть возможность опустить эти два электрода в расплав хлорида натрия:

Хлорид натрия является электролитом, при его расплавлении происходит диссоциация на катионы натрия и хлорид-ионы:

Очевидно, что заряженные отрицательно анионы хлора направятся к положительно заряженному электроду – аноду, а положительно заряженные катионы Na + направятся к отрицательно заряженному электроду – катоду. В результате этого и катионы Na + и анионы Cl − разрядятся, то есть станут нейтральными атомами. Разрядка происходит посредством приобретения электронов в случае ионов Na + и потери электронов в случае ионов Cl − . То есть на катоде протекает процесс:

Поскольку каждый атом хлора имеет по неспаренному электрону, одиночное существование их невыгодно и атомы хлора объединяются в молекулу из двух атомов хлора:

Таким образом, суммарно, процесс, протекающий на аноде, правильнее записать так:

То есть мы имеем:

Катод: Na + + 1e − = Na 0

Анод: 2Cl − − 2e − = Cl₂

Подведем электронный баланс:

Na + + 1e − = Na 0 |∙2

2Cl − − 2e − = Cl₂ |∙1 + + 2e − + 2Cl − − 2e − = 2Na 0 + Cl₂

Сократим два электрона аналогично тому, как это делается в алгебре получим ионное уравнение электролиза:

2Na + + 2Cl − = 2Na 0 + Cl₂

далее, объединив ионы Na + и Cl − получим, уравнение электролиза расплава хлорида натрия:

Рассмотренный выше случай является с теоретической точки зрения наиболее простым, поскольку в расплаве хлорида натрия из положительно заряженных ионов были только ионы натрия, а из отрицательных – только анионы хлора.

Другими словами, ни у катионов Na + , ни у анионов Cl − не было «конкурентов» за катод и анод.

А, что будет, например, если вместо расплава хлорида натрия ток пропустить через его водный раствор? Диссоциация хлорида натрия наблюдается и в этом случае, но становится невозможным образование металлического натрия в водном растворе. Ведь мы знаем, что натрий – представитель щелочных металлов – крайне активный металл, реагирующий с водой очень бурно. Если натрий не способен восстановиться в таких условиях, что же тогда будет восстанавливаться на катоде?

Давайте вспомним строение молекулы воды. Она представляет собой диполь, то есть у нее есть отрицательный и положительный полюсы:

Именно благодаря этому свойству, она способна «облеплять» как поверхность катода, так и поверхность анода:

При этом могут происходить процессы:

Таким образом, получается, что если мы рассмотрим раствор любого электролита, то мы увидим, что катионы и анионы, образующиеся при диссоциации электролита, конкурируют с молекулами воды за восстановление на катоде и окисление на аноде.

Так какие же процессы будут происходить на катоде и на аноде? Разрядка ионов, образовавшихся при диссоциации электролита или окисление/восстановление молекул воды? Или, возможно, будут происходить все указанные процессы одновременно?

В зависимости от типа электролита при электролизе его водного раствора возможны самые разные ситуации. Например, катионы щелочных, щелочноземельных металлов, алюминия и магния просто не способны восстановиться в водной среде, так как при их восстановлении должны были бы получаться соответственно щелочные, щелочноземельные металлы, алюминий или магний т.е. металлы, реагирующие с водой.

В таком случае является возможным только восстановление молекул воды на катоде.

Запомнить то, какой процесс будет протекать на катоде при электролизе раствора какого-либо электролита можно, следуя следующим принципам:

1) Если электролит состоит из катиона металла, который в свободном состоянии в обычных условиях реагирует с водой, на катоде идет процесс:

Это касается металлов, находящихся в начале ряда активности по Al включительно.

2) Если электролит состоит из катиона металла, который в свободном виде не реагирует с водой, но реагирует с кислотами неокислителями, идут сразу два процесса, как восстановления катионов металла, так и молекул воды:

К таким металлам относятся металлы, находящиеся между Al и Н в ряду активности.

3) Если электролит состоит из катионов водорода (кислота) или катионов металлов, не реагирующих с кислотами неокислителями — восстанавливаются только катионы электролита:

2Н + + 2е − = Н₂ – в случае кислоты

Me n + + ne = Me 0 – в случае соли

На аноде тем временем ситуация следующая:

1) Если электролит содержит анионы бескислородных кислотных остатков (кроме F − ), то на аноде идет процесс их окисления, молекулы воды не окисляются. Например:

Фторид-ионы не окисляются на аноде поскольку фтор не способен образоваться в водном растворе (реагирует с водой)

2) Если в состав электролита входят гидроксид-ионы (щелочи) они окисляются вместо молекул воды:

3) В случае того, если электролит содержит кислородсодержащий кислотный остаток (кроме остатков органических кислот) или фторид-ион (F − ) на аноде идет процесс окисления молекул воды:

4) В случае кислотного остатка карбоновой кислоты на аноде идет процесс:

2RCOO − − 2e − = R-R + 2CO₂

Давайте потренируемся записывать уравнения электролиза для различных ситуаций:

Пример №1

Напишите уравнения процессов протекающих на катоде и аноде при электролизе расплава хлорида цинка, а также общее уравнение электролиза.

При расплавлении хлорида цинка происходит его диссоциация:

Далее следует обратить внимание на то, что электролизу подвергается именно расплав хлорида цинка, а не водный раствор. Другими словами, без вариантов, на катоде может происходить только восстановление катионов цинка, а на аноде окисление хлорид-ионов т.к. отсутствуют молекулы воды:

Катод: Zn 2+ + 2e − = Zn 0 |∙1

Анод: 2Cl − − 2e − = Cl₂ |∙1

Пример №2

Напишите уравнения процессов протекающих на катоде и аноде при электролизе водного раствора хлорида цинка, а также общее уравнение электролиза.

Так как в данном случае, электролизу подвергается водный раствор, то в электролизе, теоретически, могут принимать участие молекулы воды. Так как цинк расположен в ряду активности между Al и Н то это значит, что на катоде будет происходить как восстановление катионов цинка, так и молекул воды.

Zn 2+ + 2e − = Zn 0

Хлорид-ион является кислотным остатком бескислородной кислоты HCl, поэтому в конкуренции за окисление на аноде хлорид-ионы «выигрывают» у молекул воды:

В данном конкретном случае нельзя записать суммарное уравнение электролиза, поскольку неизвестно соотношение между выделяющимися на катоде водородом и цинком.

Пример №3

Напишите уравнения процессов протекающих на катоде и аноде при электролизе водного раствора нитрата меди, а также общее уравнение электролиза.

Нитрат меди в растворе находится в продиссоциированном состоянии:

Медь находится в ряду активности правее водорода, то есть на катоде восстанавливаться будут катионы меди:

Cu 2+ + 2e − = Cu 0

Нитрат-ион NO₃ − — кислородсодержащий кислотный остаток, это значит, что в окислении на аноде нитрат ионы «проигрывают» в конкуренции молекулам воды:

Катод: Cu 2+ + 2e − = Cu 0 |∙2

2Cu 2+ + 2H₂O = 2Cu 0 + O₂ + 4H +

Полученное в результате сложения уравнение является ионным уравнением электролиза. Чтобы получить полное молекулярное уравнение электролиза нужно добавить по 4 нитрат иона в левую и правую часть полученного ионного уравнения в качестве противоионов. Тогда мы получим:

Пример №4

Напишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде при электролизе водного раствора ацетата калия, а также общее уравнение электролиза.

Решение:

Ацетат калия в водном растворе диссоциирует на катионы калия и ацетат-ионы:

Калий является щелочным металлом, т.е. находится в ряду электрохимическом ряду напряжений в самом начале. Это значит, что его катионы не способны разряжаться на катоде. Вместо них восстанавливаться будут молекулы воды:

Как уже было сказано выше, кислотные остатки карбоновых кислот «выигрывают» в конкуренции за окисление у молекул воды на аноде:

Таким образом, подведя электронный баланс и сложив два уравнения полуреакций на катоде и аноде получаем:

Катод: 2H₂O + 2e − = 2OH − + H₂ |∙1

Мы получили полное уравнение электролиза в ионном виде. Добавив по два иона калия в левую и правую часть уравнения и сложив с противоионами мы получаем полное уравнение электролиза в молекулярном виде:

Пример №5

Напишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде при электролизе водного раствора серной кислоты, а также общее уравнение электролиза.

Серная кислота диссоциирует на катионы водорода и сульфат-ионы:

На катоде будет происходить восстановление катионов водорода H + , а на аноде окисление молекул воды, поскольку сульфат-ионы являются кислородсодержащими кислотными остатками:

Катод: 2Н + + 2e − = H₂ |∙2

Сократив ионы водорода в левой и правой и левой части уравнения получим уравнение электролиза водного раствора серной кислоты:

Как можно видеть, электролиз водного раствора серной кислоты сводится к электролизу воды.

Пример №6

Напишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде при электролизе водного раствора гидроксида натрия, а также общее уравнение электролиза.

Диссоциация гидроксида натрия:

На катоде будут восстанавливаться только молекулы воды, так как натрий – высокоактивный металл, на аноде только гидроксид-ионы:

Катод: 2H₂O + 2e − = 2OH − + H₂ |∙2

Сократим две молекулы воды слева и справа и 4 гидроксид-иона и приходим к тому, что, как и в случае серной кислоты электролиз водного раствора гидроксида натрия сводится к электролизу воды:

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

Электролиз водных растворов солей

Тема электролиза довольна большая, формул в ней много и, как мне кажется, больше ее изучают на уроках физики… Я хочу рассмотреть ту часть, которая касается химии, и при этом только формат ЕГЭ — электролиз водных растворов солей.

Электролиз водных растворов солей

Для начала давайте представим себе систему, в которой происходит электролиз.

Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Электроды — это такие пластинки или стержни, опущенные в раствор, они подключены к источнику тока.

• Анод — положительно заряженный электрод
• Катод — отрицательно заряженный электрод

Мы будем рассматривать случай инертных электродов — т.е. они не будут вступать ни в какие химические реакции.

При пропускании электрического тока, вещество раствора будет претерпевать химические изменения, т.е. буду образовываться новые химические вещества. Они будут притягиваться к электродам следующим образом:

• Неметаллы и их производны, анионы — к аноду
• Металлы и их производный, катионы — к катоду

Теперь рассмотрим электролиз водных растворов различных солей

Разберем сначала катионы :

• Если металл стоит до Н, то вместо него электролизу подвергается вода:
  2H₂O + 2е = H₂ + 2OH – Образовавшийся водород H2 идет к катоду
• Если металл стоит после Н, то он сам восстанавливается:
  Cu 2+ + 2е = Cu 0 Медь осаждается на катоде
• Катионы металлов, стоящие в ряду напряжений после алюминия до водорода, могут восстанавливаться вместе с молекулами воды :
  2Н₂О + 2е = Н₂+ 2ОН — Zn 2+ + 2e = Zn 0

Теперь анионы-кислотные остатки :

• Кислородсодержащие кислотные остатки — вместо них электролизу подвергается вода:
  2H₂O — 4e = O₂ + 4H + Образовавшийся O2 выделяется на аноде
• Бескислородные кислотные остатки — окисляются до простого вещества:
  Cl − — 1e = Cl2 0 Хлор выделяется на аноде
• Исключение: F − — вместо него будет выделяться кислород.

Примеры:

1 .1. Катион стоит в ряду до Н, кислотный остаток содержит кислород О:

1.2. Катион стоит в ряду до Н, кислотный остаток беcкислородный:

анод (+): Cl − — 1e = Cl 0 ; Cl 0 +Cl 0 =Cl₂

2.1. Катион стоит в ряду после Н, кислотный остаток содержит кислород О:

K(-): Cu 2+ + 2e = Cu 0

2.2. Катион стоит в ряду после Н, кислотный остаток беcкислородный:

катод (-): Cu 2+ + 2e = Cu 0

анод (+): 2Cl − — 2e = 2Cl 0

Электролиз водных растворов солей отличается от электролиза расплавов.

Отличие — в наличии растворителя. При электролизе водных растворов солей кроме ионов самого вещества в процессе участвуют ионы растворителя. При электролизе расплавов — только ионы самого вещества.

• ЕГЭ это вопрос Части B № 3

Обсуждение: «Электролиз водных растворов солей»

Здравствуйте. Очень благодарна вам за такое понятное объяснение темы.
У меня к Вам вопрос. В одном из заданий В3, где нужно было определить продукт на катоде, я столкнулась с такой проблемой. В одной из формул веществ был написан AlCl3. Продуктом на катоде я написала водород. Но в ответ к заданию был алюминий. Скажите в чём моя ошибка или это ошибка в тесте?

Водород — правильный ответ. В ответах к тренировочным тестам ЕГЭ очень часто бывают ошибки. Да и не только в ответах. В этом году, например, в заданиях пробных ЕГЭ быди ошибки!

1. Запишите все возможные процессы на аноде, установите потенциалы процессов.

2. Сравните потенциалы анодных процессов и определите, какой из них протекает в первую очередь?

3. Выясните, меняется ли среда около анода, если да, то как и почему?

4. Запишите все возможные процессы на катоде, установите потенциалы процессов.

5. Сравните потенциалы катодных процессов и определите, какой из них протекает в первую очередь.

6. Установите, меняется ли среда около катода, если да, то как и почему?

7. Запишите итоговую схему процесса электролиза.

0,1 M раствор CuSO4

pH = 5, катод – Al, анод – Сu

здесь решают задачи школьного уровня. Не сможем вам помочь