Электролиз расплава нитрита натрия уравнение реакции

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

Мы уже рассматривали электролиз растворов солей, теперь давайте разберем электролиз расплавов веществ.

В этой лекции мы рассмотрим электролиз расплавов трех видов веществ:

1. электролиз расплавов оксидов;
2. электролиз расплавов оснований;
3. электролиз расплавов солей.

Для запоминания катодных и анодных процессов в электрохимии существует следующее мнемоническое правило:

• У анода анионыокисляются.
• На катоде катионы восстанавливаются.

В первой строке все слова начинаются с гласной буквы, во второй — с согласной.

КАТ од — КАТ ионы (ионы у кат ода)

АН од — АН ионы (ионы у ан ода)

Электролиз расплавов оксидов

На катоде идет восстановление: Me n+ + ne — = Me 0 , т.е. на катоде выделяется металл.

На аноде окисляется кислород: O -2 -2e — = O₂

Возьмем для примера электролиз расплава оксида калия: 2K₂O -> 4K + O₂

Электролиз расплавов оснований

На катоде традиционно восстанавливается металл:

На аноде будет окисляться кислород в составе гидроксид-группы:

Электролиз расплавов солей

1. Электролиз расплава бескислородной соли:

На катоде всегда восстанавливается металл: Me n+ +ne — = Me 0

На аноде окисляется бескислородный анион: A n- — ne — = A 0

Электролиз расплава NaCl: 2NaCl = 2Na + Cl₂

2. Электролиз расплава кислородсодержащей соли (элемент аниона не в высшей степени окисления):

На катоде всегда восстанавливается металл: Me n+ +ne — = Me 0

На аноде будет окисляться элемент аниона: SO3 2- — 2e — = SO3

Например, электролиз расплава сульфита натрия:

S в сульфите имеет степень окисления +4, при электролизе она окисляется до +6 — SO₃

3. Электролиз расплава кислородсодержащей соли (элемент аниона в высшей степени окисления):

На катоде все без изменений 🙂

На аноде — т.к. элемент уже в высшей степени окисления, то окисляться будет кислород:

Например, электролиз расплава карбоната натрия:

Важно понимать, что эти реакции не идут сами по себе. Их протекание возможно только при действии электрического тока.

Электролиз расплавов и растворов

О чем эта статья:

11 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Электролиз — это окислительно-восстановительная реакция, которая протекает на электродах и основана на пропускании электрического тока через раствор или расплав.

Не менее важными участниками электролиза являются электроды: катод и анод. Если вы вдруг забыли, что такое катод и анод в химии, напомним.

Катод — это отрицательно заряженный электрод, который притягивает положительно заряженные ионы (катионы). А анод — это положительно заряженный электрод, который притягивает к себе отрицательно заряженные ионы (анионы). Таким образом, на катоде всегда происходит процесс восстановления, а на аноде всегда происходит процесс окисления.

Электроды бывают растворимые и инертные. Растворимые изготавливаются из металлов, например, меди и подвергаются химическим превращениям в ходе электролиза. А вот инертные или нерастворимые электроды не подвергаются химическим превращениям и остаются в неизменном виде как до реакции, так и после нее. Как правило, такие электроды изготавливают из графита или платины.

Виды электролиза

Различают два вида электролиза:

Электролиз водного раствора.

Прежде чем мы рассмотрим каждый процесс отдельно, давай познакомимся с общими для двух видов процессами на электродах.

Процесс на катоде K (−)

Катион принимает электроны и восстанавливается:

Me +n + ne − → Me 0 (восстановление).

Процесс на аноде A (+)

Анион отдает электроны и окисляется:

неMe −n − ne − → неMe 0 (окисление).

Процессы, протекающие при электролизе в общем случае:

К − : Ме +n + ne − → Ме 0 ;

А + : неМе −n − ne − → неМе 0 .

Суммарное уравнение электролиза:

Электролиз расплава

Рассмотрим электролиз расплава пищевой соли — хлорида натрия. При сильном нагревании кристаллический твердый хлорид натрия плавится. Полученный расплав содержит подвижные ионы хлора и натрия, освободившиеся из кристаллической решетки, и проводит электрический ток.

К − : 2Na + + 2e − = 2Na 0

А + : 2Cl − − 2e − = Cl₂

Суммарное уравнение электролиза:

При опускании в расплав угольных (инертных) электродов, присоединенных к источнику тока, ионы приобретают направленное движение: катионы движутся к отрицательно заряженному электроду (катоду), анионы — к положительно заряженному электроду (аноду) и отдают электроны.

Теперь давайте рассмотрим электролиз расплава гидроксида калия.

На катоде происходит восстановление калия за счет принятия электронов. А на аноде протекает более сложная реакция. Гидроксогруппы отдают свой электрон и становятся нейтральными, но такое состояние для них крайне невыгодно, так как неустойчиво, и они объединяются в группы, чтобы потом разложиться с выделением газообразного кислорода и воды

Итог электролиза расплава — металлический калий на катоде, газообразный кислород и пары воды на аноде.

Электролиз раствора

Основным отличием водного раствора от расплава является присутствие молекул воды и ионов H + и OH — как продуктов диссоциации воды. В связи с этим возле катода и анода скапливаются ионы, которые конкурируют как друг с другом, так и с молекулами воды. Рассмотрим электролиз на примере водного раствора KF:

К − : 4H₂O + 4e − = 2H₂ 0 + 4OH −

Суммарное уравнение электролиза:

Как видно, ни калий, ни фтор не фигурируют в продуктах электролиза. Почему так происходит?

Наиболее активные металлы — сильные восстановители. Калий — как раз такой металл, поэтому обратный процесс восстановления активных металлов из соединений осуществить сложно. При электролизе водных растворов солей активных металлов на катоде протекает восстановление не катионов этих металлов, а воды с образованием водорода.

Разберем порядок восстановления катионов металлов на катоде в зависимости от их активности.

Последовательность разрядки катионов зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжения.

Если у катода накапливаются молекулы воды и катионы металла, который находится в ряду напряжения после водорода, то восстанавливаются ионы металла.

Если у катода накапливаются молекулы воды и катионы металла, который стоит в начале ряда напряжения от лития до алюминия включительно, то восстанавливаются ионы водорода из молекул воды. Катионы металла не восстанавливаются, остаются в растворе.

Если у катода накапливаются молекулы воды и катионы металла, который расположен в ряду напряжения между алюминием и водородом, то восстанавливаются и ионы металла, и частично ионы водорода из молекул воды.

Если в растворе находится смесь катионов разных металлов, то сначала восстанавливаются катионы менее активного металла.

При электролизе раствора кислоты на катоде восстанавливаются катионы водорода до газообразного водорода.

Для удобства мы собрали информацию об электролизе в таблице:

Теперь разберемся, что происходит с анионами в водных растворах при электролизе. Для начала познакомимся с последовательностью восстановления анионов на аноде:

Чем меньше выражена восстановительная активность, тем хуже анионы могут окисляться на аноде. К тому же процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона.

Если анод инертный или нерастворимый, то на нем протекают следующие реакции:

При электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов!), на аноде происходит процесс окисления аниона.

При электролизе растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде выделяется газообразный кислород вследствие окисления молекул воды. Анион при этом не окисляется, оставаясь в растворе.

При электролизе растворов щелочей происходит окисление гидроксид-ионов.

Если анод растворимый, то на нем всегда происходит окисление металла анода — независимо от природы аниона.

Исключением является электролиз солей карбоновых кислот. Таблица выше не описывает происходящее на аноде. Давайте рассмотрим, что же там происходит.

В результате электролиза водных растворов солей щелочных металлов карбоновых кислот происходит образование углеводородов вследствие рекомбинации углеводородных радикалов.

В общем виде электролиз солей карбоновых кислот можно записать так:

На катоде образуется газообразный водород, а на аноде — углекислый газ, углеводород, полученный удвоением радикала. В катодном пространстве накапливается щелочь.

В случае разделения катодного и анодного пространства углекислый газ реагирует со щелочью с образованием гидрокарбоната.

Применение электролиза

А теперь самое главное: зачем вообще нужен электролиз? Рассмотрим применение этого вида ОВР:

С помощью электролиза расплавов природных соединений в металлургической промышленности получают активные металлы (калий, натрий, бериллий, кальций, барий). С помощью электролиза растворов солей — цинк, кадмий, кобальт и другие.

В химической промышленности электролиз используют для получения фтора, хлора, водорода, кислорода, щелочей, бертолетовой соли и других веществ.

Электролиз с растворимым анодом используют для нанесения металлических покрытий (из хрома, золота, никеля, серебра), что предохраняет металлические изделия от коррозии и придает им декоративный вид.

Вопросы для самопроверки

1. Выберите верное продолжение фразы «катод — это. »:

Положительно заряженный электрод, к которому притягиваются положительно заряженные ионы.

Положительно заряженный электрод, к которому притягиваются отрицательно заряженные ионы.

Отрицательно заряженный электрод, к которому притягиваются положительно заряженные ионы.

Отрицательно заряженный электрод, к которому притягиваются отрицательно заряженные ионы.

2. Продолжите фразу «электролиз — это…»:

ОВР с применением тока.

Реакция без изменения степеней окисления с применением тока.

ОВР с применением катализаторов.

3. Как заряжен анион?

Не имеет заряда.

4. Чем отличается электролиз раствора от электролиза расплава?

В расплаве плавится твердое.

Присутствием молекул воды и продуктов ее диссоциации.

5. Если металл стоит в ряду активности металлов между алюминием и водородом, что выделится на катоде?

Металл и водород.

При электролиза водного раствора фторида лития что на аноде выделится?

Электролиз растворов и расплавов солей и окислительно-восстановительные реакции (стр. 3 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8

Электролиз растворов нитрита и сульфита натрия на инертных

электродах без диафрагмы.

В нитрит — и сульфит-ионах атомные частицы N+3 и S+4 занимают промежуточные степени окисления. Поэтому при прохождении постоянного электрического тока через водные растворы нитрита и сульфита натрия можно ожидать окисления на аноде нитрит — и сульфит-ионов и восстановление на катоде молекул воды.

КNO2 (р) = К+ + NO2- , H2O ↔ ОН — + H+

К2SO3 = 2К+ + SO32-, H2O ↔ ОН — + H+

катод: 2H2O + 2ē = H2 + 2ОН — 1

NO2- + 3H2O = H2 + NO3- + 2Н+ + 2ОН —

Так как электролиз ведут без диафрагмы, то имеет место процесс нейтрализации Н+ + ОН — = H2O. Тогда в окончательном виде получим:

КNO2 + H2O = H2 + КNO3

Возможен и другой механизм анодного окисления:

1) вода окисляется по схеме

2H2O − 4ē = О2 + 4Н+

2) затем протекает процесс окисления NO2- кислородом:

Так как нитрит калия в водном растворе подвергается гидролизу по первой ступени, создается щелочная среда, процесс окисления на аноде необходимо записать следующим образом:

NO2- + 2ОН — − 2ē = NO3- + H2O

(недостаток кислорода в левой части восполняют за счет ОН- — ионов, а недостаток водорода в правой части — за счет молекул воды).

С учетом этого составим электродные процессы:

катод: 2H2O + 2ē = H2 + 2ОН — 1

NO2- + H2O = H2 + NO3-

В окончательном молекулярном виде получим то же, что и при рН =7:

КNO2 + H2O = H2 + КNO3

Процесс окисления на аноде при рН > 7 можно представить и так:

1) ОН — — ионы окисляются с образованием кислорода:

4ОН — − 4ē = О2 + 2H2O

2) затем нитрит-ионы окисляются кислородом:

Аналогичным образом можно записать электролиз раствора К2SO3:

катод: 2H2O + 2ē = H2 + 2ОН — 1

К2SO3 + H2O = H2 + К2SO4

Возможный процесс окисления на аноде при рН = 7 можно представить и так:

1) окисление воды:

2H2O − 4ē = О2 + 4Н+

2) сульфит-ионы окисляются кислородом:

2SO32- + О2 = 2SO42-

В случае щелочной среды имеем:

катод: 2H2O + 2ē = H2 + 2ОН — 1

В общем виде: SO32- + H2O = H2 + SO42-

К2SO3 + H2O = H2 + К2SO4

Возможные процессы окисления на аноде при рН > 7:

1) 4ОН — − 4ē = О2 + 2H2O

2) 2SO32- + О2 = 2SO42-

Получение KMnO4 электролизом раствора K2MnO4:

анод: MnO42- − 1ē = MnO4- 2

2K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + H2↑ + 2КОН

Электролиз водного раствора гидроксида натрия на инертных

электродах с диафрагмой

На катоде восстанавливаются молекулы воды, а на аноде окисляются гидроксид-ионы:

катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН — 2

анод: 4ОН — − 4ē = О2↑ + 2H2O 1

Вывод. Путем электролиза растворов щелочей можно получать как газообразный водород, так и кислород, электролиз без диафрагмы проводить опасно, из-за возможности образования «гремучей» смеси.

Серная кислота сильна только по первой стадии диссоциации:

По второй стадии диссоциации она считается кислотой средней силы:

В результате этого на электродах идут следующие процессы:

катод: 2Н+ + 2ē = H2↑ 1

анод: 2HSO4- −2ē = H2S2O8 1

В общем виде: 2HSO4- + 2Н+ = H2↑ + H2S2O8

2H2SO4 = H2↑ + H2S2O8

Электролиз по такой схеме возможен при больших плотностях тока.

1) КHSO4 = К+ + HSO4-

2) катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2OH — 1

анод: 2HSO4- -2ē = H2S2O8 1

2HSO4- + 2H2O = H2↑ + H2S2O8 + 2OH — или

2КHSO4 + 2H2O = H2↑ + H2S2O8 + 2КOH

3) H2S2O8 + 2КOH = К2S2O8↓ + 2H2O

2КHSO4 = К2S2O8↓ + H2↑

Электролиз по такой схеме возможен при больших плотностях тока.

Электролиз водного раствора соли Cr2(SO4)3 на инертных электродах

Cr2(SO4)3 = 2Сr3+ + 3SO42-

катод: Сr3+ + 3ē = Cro

2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН — 4 при рН =7

анод: 2H2O — 4ē = О2 + 4Н+ 5

В общем виде: 2Cr2(SO4)3(p) + 10H2O → 4Cr + 5O2↑ + 4H2↑ + 6H2SO4

Процесс электролиза иногда упрощенно записывают без учета восстановления воды на катоде, так как количество электричество, расходуемое при этом незначительно:

2Cr2(SO4)3(p) + 6H2O → 4Cr + 3O2↑ + 6H2SO4

Если учесть гидролиз соли Cr2(SO4)3 , то на катоде вместо восстановления воды необходимо записывать процесс восстановления ионов водорода, при этом окончательная реакция электролиза не будет отличаться от написанного.

Получение ферратов анодным окислением железа в щелочном

Электродные процессы:

катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН — 3

анод: Feo — 6ē = Fe+6 1

В растворе: Fe+6 + 4ОН — = FeО42- + 4Н+

Суммарные электродные процессы:

катод: 2H2O + 2ē = H2↑ + 2ОН — 3

анод: Feo + 4ОН — — 6ē = FeО42- + 4Н+ 1

В окончательном виде: Feo + 2H2O + 2ОН — = FeО42- + 3H2↑

Feo + 2H2O + 2КОН = К2FeО4 малиновый + 3H2↑

Марганец можно получить электролизом раствора MnSO4:

2MnSO4(р) + 2H2O = 2Mn↓катод + O2↑ анод + 2H2SO4

Хром можно получить электролизом раствора Cr2(SO4)3

2Cr2(SO4)3(p) + 6H2O → 4Cr + 3O2↑ + 6H2SO4

катод: 2H+ + 2ē = H2↑ 1

анод: 2HSO4- -2ē = H2S2O6(O2) 1

2H+ + 2HSO4- = H2↑ + H2S2O6(O2) ,

2) затем идет реакция:

H2S2O6(O2) + 2NH4+ = (NH4)2S2O6(O2)↓ + 2H+,

3) далее проводят гидролиз:

(NH4)2S2O6(O2) + 2H2O = 2NH4HSO4 + H2O2

II. Электролиз расплавов солей

Необходимо помнить, что при плавлении солей и щелочей происходит их электролитическая диссоциация. Если теперь через такой расплав электролита пропустить постоянный электрический ток, катионы перемещаются к катоду и восстанавливаются, а анионы окисляются на аноде.

На катоде катионы металлов восстанавливаются по схеме:

Окисление кислородсодержащих анионов на аноде протекает сложнее, чем бескислородных:

4ОН — − 4ē = О2 + 2Н2О, 2SO42- −4ē = 2SO3 + O2o,

2CO32- −4ē = 2CO2 + O2o, 2NO3- −2ē = 2NO2 + O2o

2SO32- −4ē = 2SO2 + O2o, 2PO43- −4ē = 2PO3- + O2o

Электролизом расплавов соответствующих солей или их гидроксидов получают металлы: щелочные и щелочноземельные, магний, медь, алюминий и др.

Электрохимический способ получения фтора в расплавах:

1) HF + KF, при 70-100 оС;

2) HF в расплаве KH2F3 , при 80-120 оС

3) HF в расплаве KHF2 , при 240-300 оС

Электролизу подвергается во всех случаях HF:

1) в расплаве происходит электролитическая диссоциация и

3HFрасплав ↔ H2F+ + HF2- (автопротолиз) (1)

2) электродные процессы:

катод: 2H2F+ + 2ē = H2о + 2HFо 1

анод: 2HF2- — 2ē = F2о + 2HFо 1

2H2F+ + 2HF2- = F2о + H2о + 4HFо

2HF(расплав) = H2 + F2

Электролиз расплава гиидроксида натрия

NaOH(расплав) = Na+ + ОН —

катод: Na+ + ē = Naо 4

анод: 4ОН — — 4ē = О2↑ + 2H2O 1