Электролиз водного раствора хлорида олова уравнение

Получение гидроксида свинца

Задача 1107.
Гидроксид свинца (II) может быть получен в результате взаимодействия: а) свободного металла с водой; б) оксида свинца (II) с водой; в) соли свинца (II) со щелочью?
Решение:
Гидроксид свинца (II) может быть получен при действии щелочей на растворимые соли свинца (II):

В избытке щёлочи осадок гидроксида свинца (II) растворяется с образованием аквакомплекса:

В кислотах гидроксид свинца (II) растворяется с образованием солей, реакция протекает по механизму реакции нейтрализации:

Электролиз водного раствора хлорида олова (II)

Задача 1108.
Какой из процессов протекает на оловянном аноде при электролизе водного раствора хлорида олова (II)?
а) Sn = Sn 2+ + 2 ₁ 0 = -0,14 В;
б) 2Cl – = Cl₂ + 2 ₂ 0 = 1,36 B;
в) 2H₂O = O₂ + 4H + + 4 ₃ 0 = 1,23 B.
Решение:
Стандартный электродный потенциал олова (-0,14 В) несколько выше, чем потенциал водорода в нейтральной среде (-0,41 В). Это значит, что при электролизе раствора SnCl₂ на катоде в основном будет происходить разряд ионов Pb 2+ (восстановление) и выделение металлического свинца:
Sn 2+ + 2 = Sn 0
На аноде происходит противоположный процесс – окисление свинца, так как его стандартный электродный потенциал намного меньше потенциалов окисления хлора и воды (соответственно 1,36 и 1,23 В):
Sn 0 — 2 = Sn 2+
Таким образом, при электролизе водного раствора SnCl₂ сводится к растворению свинца (металла анода) и выделению его на катоде.

Рабочая тетрадь по химии (стр. 8 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Рис. 5.6. Схема установки для проведения электролиза

Пример 5.6. Рассмотрим электролиз раствора хлорида железа (II) с угольными электродами (рис. 5.7). Это пример электролиза с инертным (нерастворимым) анодом.

Рис.5.7. Схема электролиза раствора хлорида железа (II)

В растворе соль диссоциирует на ионы: FeCl2 → Fe 2+ + 2 Cl ¯.

На катоде происходит разряд ионов Fe 2+ и выделение металлического железа

Fe 2+ + 2 ē → Fe 0.

У анода разряжаются хлорид-ионы: 2 Cl ¯ ─ 2 ē → Cl 2.

В зависимости от условий электролиза в качестве побочного продукта на катоде может выделяться водород.

Электролиз раствора хлорида олова (II) с угольными электродами

В электролизёр (рис. 5.6) с раствором SnCl2 помещаются два угольных электрода, включается прибор и пропускается постоянный электрический ток, под действием которого происходят процессы восстановления на катоде, подключённому к отрицательному полюсу и окисления на аноде, подключённому к положительному полюсу. По окончании электролиза на катоде видны большие кристаллы выделившегося металлического олова.

В растворе дихлорид олова диссоциирует на ионы олова и хлорид-ионы. Положительно заряженные ионы олова перемещаются к отрицательно заряженному катоду и на нём разряжаются, т. е. восстанавливаются до металлического олова. Следовательно, на катоде выделяется металл. Олово относится к не очень активным металлам, а поэтому может быть получено в свободном состоянии при электролизе водного раствора своей соли. При определённом режиме электролиза одновременно с оловом может выделяться водород вследствие разряда молекул воды.

К положительно заряженному аноду перемещаются хлорид-ионы, происходит их окисление до молекулярного хлора. Угольный анод относится к инертным анодам и не окисляется (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Схема электролиза SnCl2 с инертным анодом

При электролизе водного раствора хлорида олова (II) с инертным анодом:

· на катоде выделяется металлическое олово,

· на аноде выделяется газообразный хлор

Электролиз раствора йодида калия с угольными электродами

В раствор йодида калия, налитый в электролизёр, добавляется по несколько капель фенолфталеина и крахмала. В электролит помещаются угольные электроды, которые подключаются к источнику постоянного тока и проводится электролиз.

На катоде наблюдается выделение газа и через некоторое время в прикатодном пространстве появляется розовое окрашивание фенолфталеина, что свидетельствует о щелочной реакции среды. В то же время синяя окраска крахмала в прианодном пространстве указывает на выделение свободного йода.

К катоду перемещаются катионы калия, имеющие потенциал разряда значительно более отрицательный, чем потенциал разряда воды, поэтому на катоде происходит разряд воды. Наряду с выделением водорода происходит накопление в прикатодном пространстве гидроксильных ионов, окрашивающих фенолфталеин в розовый цвет.

На инертном (угольном) аноде разряжаются йодид-анионы, выделяется свободный йод, которому соответствует качественная реакция с крахмалом, сопровождающаяся синим окрашиванием (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Схема электролиза KJ с инертным анодом

Электролиз водного раствора йодида калия с инертным анодом сопровождается:

· на катоде выделением водорода и подщелачиванием раствора;

· на аноде выделением йода.

Электролиз раствора сульфата меди с медным анодом

В раствор сульфата меди помещаются медный анод, угольный катод и проводится электролиз. Через несколько минут ток отключается и при осмотре угольного катода отмечается выделение на нём меди.

Составьте схему процесса электролиза сульфата меди с медным анодом: покажите направление движения ионов к электродам, составьте уравнения катодного и анодного процесса.

Какие изменения будут происходить с электродами в результате электролиза?

Во второй части опыта проводится переполюсовка электродов, т. е. угольный электрод с осаждённой на нём медью делается анодом и имеется, по-сути, медный анод. Катод будет также медным.

Составьте схему второй части процесса электролиза: покажите направление движения ионов к электродам, укажите, из какого материала состоят электроды, составьте уравнения катодного и анодного процесса.

Через несколько минут проведения электролиза медь на аноде растворяется и на угольном электроде (аноде) начинает выделяться газ (третья часть опыта).

Составьте схему третьей части процесса электролиза: покажите направление движения ионов к электродам, укажите, из какого материала состоят электроды, составьте уравнения катодного и анодного процесса.

Оказывает ли материал катода на суть катодного процесса? ______________________

Какой процесс идёт на растворимом аноде? ___________________________________

Как влияет природа аниона на процесс на аноде? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пример 5.7. При электролизе раствора, содержащего нитраты серебра, меди (II), свинца и натрия в стандартных условиях последовательность выделения веществ на катоде следующая:

1) Ag, Pb, Cu, Na 2) Ag, Pb, Cu, H2, Na 3) Ag, Pb, Cu, H2 4) Ag, Cu, Pb, H2

Решение. Относительное положение металлов в ряду активности следующее:

Последовательность их разряда обратная, причём щелочной металл натрий из водных растворов не восстанавливается и вместо него выделяется водород (табл. 5.3)..

Правильный ответ 4.

Упражнение 5.5. При электролизе раствора, содержащего нитраты меди (II), серебра, никеля и кальция в стандартных условиях, последовательность выделения веществ на катоде имеет вид …

1) Ag, Ni, Cu, Сa 2) Ag, Cu, Ni, H2, Сa 3) Ag, Cu, Ni, H2 4) Ag, Ni, Cu, H2

Упражнение 5.6. Продуктами, выделяющимися на инертных электродах при электролизе водного раствора серной кислоты, являются …

1) Н2 и SO2 2) O2 и SO2 3) H2 и S 4) H2 и O2

Для решения воспользуйтесь табл. 5.3 и табл. 5.4.

ТИПОВЫЕ КОНТРОЛЬНЫЕ УПРАЖНЕНИЯ

1. Продуктами, выделяющимися на инертных электродах при электролизе водного раствора хлорида калия, являются …

1) K и Cl2 2) H2 и Сl2 3) H2 и O2 4) K и O2

2. Продуктами, выделяющимися на инертных электродах при электролизе водного раствора сульфата натрия, являются …

1) Na и SO2 2) H2 и S 3) H2 и O2 4) Na и O2

3. Металлом, который нельзя получить электролизом раствора его соли, является …

1) Al 2) Cr 3) Pb 4) Ag

4. Уравнение процесса протекающего на инертном катоде при электролизе водного раствора гидроксида натрия, имеет вид …

1) 2H+ + 2e → H2 2) 2H2O – 4e → O2 + 4H+

2) 2H2O + 2e → H2 + 2OH ˉ 4) Na+ + e → Na

5. Уравнение процесса, протекающего на инертном аноде при электролизе водного раствора CaCl2, имеет вид.. 1) 2H2O – 4e → O2 + 4H+ 2) 4OH ˉ − 4e → O2 + 2H2O

3) Сa2+ + 2e → Сa0 4) 2Cl ˉ − 2e →Cl2

5.3. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ

Изучить и усвоить:

· лекцию «Коррозия металлов» [Часть 2 УМК, раздел 5.4].

· видеозапись лабораторной работы «Коррозия и защита металлов» [Приложение к УМК: диск 4].

Цель выполнения задания

· Усвоить суть химической и электрохимической коррозии металлов.

· Изучить факторы, влияющие на скорость коррозии.

·Ознакомиться с некоторыми методами защиты металлов от коррозии.

Коррозией металлов называется процесс их самопроизвольного разрушения под воздействием окружающей среды. Коррозия представляет собой окислительно-восстановительный процесс, протекающий на границе раздела металл – среда. Металл всегда окисляется, а компоненты окружающей среды (О2, СО2, SO2, Cl2, H+, H2O и др.) восстанавливаются. В результате коррозии образуются продукты окисления металла – оксиды, гидроксиды, соли. Такое превращение металла сопровождается существенным изменением его механических свойств.

По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия происходит под воздействием агрессивных газообразных компонентов окружающей среды при высоких температурах (газовая коррозия) или под воздействием некоторых агрессивных жидкостей – неэлектролитов. Основным признаком химической коррозии является то, что она происходит без возникновения в системе электрического тока, когда реакции окисления и восстановления протекают в одной точке поверхности.

Электрохимическая коррозия протекает в электролитах и сопровождается возникновением коррозионного тока между анодными и катодными участками поверхности металла. Функцию анода выполняет более активный металл, на нём идёт окисление, в результате чего металл разрушается и его ионы «уходят» в коррозионную среду:

Ме 0 − n ē → Ме n+. (5.6)

Освободившиеся в результате окисления электроны переходят на катод и восстанавливают окислитель из среды (рис. 5.10). Вид процесса зависит от природы окислителя и состава среды.

Рис. 5.10. Схема электрохимической коррозии

Уравнения наиболее часто встречающихся катодных процессов приведены в табл. 5.5

Уравнения катодных коррозионных процессов в различных средах

Правила составления окислительно-восстановительных реакций

Электролиз растворов электролитов с инертными электродами

Напомним, что на катоде протекают процессы восстановления, на аноде — процессы окисления.

Процессы, протекающие на катоде:

В растворе имеются несколько видов положительно заряженных частиц, способных восстанавливаться на катоде:

1) Катионы металла восстанавливаются до простого вещества, если металл находится в ряду напряжений правее алюминия (не включая сам Al). Например:
Zn 2+ +2e → Zn 0 .

2) В случае раствора соли или щелочи: катионы водорода восстанавливаются до простого вещества, если металл находится в ряду напряжений металлов до H2:
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH – .
Например, в случае электролиза растворов NaNO3 или KOH.

3) В случае электролиза раствора кислоты: катионы водорода восстанавливаются до простого вещества:
2H + +2e → H2.
Например, в случае электролиза раствора H2SO4.

Процессы, протекающие на аноде:

На аноде легко окисляются кислотные остатки не содержащие кислород. Например, галогенид-ионы (кроме F – ), сульфид-анионы, гидроксид-анионы и молекулы воды:

1) Галогенид-анионы окисляются до простых веществ:
2Cl – – 2e → Cl2.

2) В случае электролиза раствора щелочи в гидроксид-анионах кислород окисляется до простого вещества. Водород уже имеет степень окисления +1 и не может быть окислен дальше. Также будет выделение воды — почему? Потому что больше ничего написать и не получится: 1) H + написать не можем, так как OH – и H + не могут стоять по разные стороны одного уравнения; 2) H2 написать также не можем, так как это был бы процесс восстановления водорода (2H + +2e → H2), а на аноде протекают только процессы окисления.
4OH – – 4e → O2 + 2H2O.

3) Если в растворе есть анионы фтора или любые кислородсодержащие анионы, то окислению будет подвергаться вода с подкислением прианодного пространства согласно следующему уравнению:
2H2O – 4e → O2 + 4H + .
Такая реакция идет в случае электролиза растворов кислородсодержащих солей или кислородсодержащих кислот. В случае электролиза раствора щелочи окисляться будут гидроксид-анионы согласно правилу 2) выше.

4) В случае электролиза раствора соли органической кислоты на аноде всегда происходит выделение CO2 и удвоение остатка углеродной цепи:
2R-COO – – 2e → R-R + 2CO2.

Примеры:

1. Раствор NaCl

Расписываем диссоциацию на ионы:
NaCl → Na + + Cl –

Металл Na стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается водород. Хлорид-анионы будут окисляться на аноде до простого вещества:

К: 2Na + (в растворе)
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 2Cl – – 2e → Cl2

Коэффициент 2 перед Na + появился из-за наличия аналогичного коэффициента перед хлорид-ионами, так как в соли NaCl их соотношение 1:1.

Проверяем, что количество принимаемых и отдаваемых электронов одинаковое, и суммируем левые и правые части катодных и анодных процессов:

2Na + + 2Cl – + 2H2O → H2 0 + 2Na + + 2OH – + Cl2. Соединяем катионы и анионы:
2NaCl + 2H2O → H2 0 + 2NaOH + Cl2.

2. Раствор Na2SO4

Расписываем диссоциацию на ионы:
Na2SO4 → 2Na + + SO4 2–

Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается только водород. Сульфат-анионы содержат кислород, поэтому окисляться не будут, также оставаясь в растворе. Согласно правилу выше, в этом случае окисляются молекулы воды:

К: 2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 2H2O – 4e → O2 0 + 4H + .

Уравниваем число принимаемых и отдаваемых электронов на катоде и аноде. Для этого необходимо умножить все коэффициенты катодного процесса на 2:
К: 4H2O + 4e → 2H2 0 + 4OH –
А: 2H2O – 4e → O2 0 + 4H + .

Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
6H2O → 2H2 0 + 4OH – + 4H + + O2 0 .

4OH- и 4H+ соединяем в 4 молекулы H2O:
6H2O → 2H2 0 + 4H2O + O2 0 .

Сокращаем молекулы воды, находящиеся по обе стороны уравнения, т.е. вычитаем из каждой части уравнения 4H2O и получаем итоговое уравнение гидролиза:
2H2O → 2H2 0 + O2 0 .

Таким образом, гидролиз растворов кислородсодержащих солей активных металлов (до Al включительно) сводится к гидролизу воды, так как ни катионы металлов, ни анионы кислотных остатков не принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, протекающих на электродах.

3. Раствор CuCl2

Расписываем диссоциацию на ионы:
CuCl2 → Cu 2+ + 2Cl –

Медь находится в ряду напряжений металлов после водорода, следовательно, только она будет восстанавливаться на катоде. На аноде будут окисляться только хлорид-анионы.

К: Cu 2+ + 2e → Cu 0
A: 2Cl – – 2e → Cl2

Записываем суммарное уравнение:
CuCl2 → Cu 0 + Cl2.

4. Раствор CuSO4

Расписываем диссоциацию на ионы:
CuSO4 → Cu 2+ + SO4 2–

Медь находится в ряду напряжений металлов после водорода, следовательно, только она будет восстанавливаться на катоде. На аноде будут окисляться молекулы воды, так как кислородсодержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.

К: Cu 2+ + 2e → Cu 0
A: SO4 2– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H + .

Уравниваем количество электронов на катоде и аноде. Для это умножим все коэффициенты катодного уравнения на 2. Количество сульфат-ионов также необходимо удвоить, так как в сульфате меди соотношение Cu 2+ и SO4 2– 1:1.

К: 2Cu 2+ + 4e → 2Cu 0
A: 2SO4 2– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H + .

Записываем суммарное уравнение:
2Cu 2+ + 2SO4 2– + 2H2O → 2Cu 0 + O2 + 4H + + 2SO4 2– .

Соединив катионы и анионы, получаем итоговое уравнение электролиза:
2CuSO4 + 2H2O → 2Cu 0 + O2 + 2H2SO4.

5. Раствор NiCl2

Расписываем диссоциацию на ионы:
NiCl2 → Ni 2+ + 2Cl –

Никель находится в ряду напряжений металлов после алюминия и до водорода, следовательно, на катоде будут восстанавливаться и металл, и водород. На аноде будут окисляться только хлорид-анионы.

К: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
A: 2Cl – – 2e → Cl2

Уравниваем количество электронов, принимаемых и отдаваемых на катоде и аноде. Для этого умножаем все коэффициенты анодного уравнения на 2:

К: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
Ni 2+ (в растворе)
A: 4Cl – – 4e → 2Cl2

Замечаем, что согласно формуле NiCl2, соотношение атомов никеля и хлора 1:2, следовательно, в раствор необходимо добавить Ni 2+ для получения общего количества 2NiCl2. Также это необходимо сделать, так как в растворе должны присутствовать противоионы для гидроксид-анионов.

Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
Ni 2+ + Ni 2+ + 4Cl – + 2H2O → Ni 0 + H2 0 + 2OH – + Ni 2+ + 2Cl2.

Соединяем катионы и анионы для получения итогового уравнения электролиза:
2NiCl2 + 2H2O → Ni 0 + H2 0 + Ni(OH)2 + 2Cl2.

6. Раствор NiSO4

Расписываем диссоциацию на ионы:
NiSO4 → Ni 2+ + SO4 2–

Никель находится в ряду напряжений металлов после алюминия и до водорода, следовательно, на катоде будут восстанавливаться и металл, и водород. На аноде будут окисляться молекулы воды, так как кислородсодержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.

К: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
A: SO4 2– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H + .

Проверяем, что количество принятых и отданных электронов совпадает. Также замечаем, что в растворе есть гидроксид-ионы, но в записи электродных процессов для них нет противоионов. Следовательно, нужно добавить в раствор Ni 2+ . Так как удвоилось количество ионов никеля, необходимо удвоить и количество сульфат-ионов:

К: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
Ni 2+ (в растворе)
A: 2SO4 2– (в растворе)
2H2O – 4e → O2 + 4H + .

Складываем левые и правые части катодных и анодных процессов:
Ni 2+ + Ni 2+ + 2SO4 2– + 2H2O + 2H2O → Ni 0 + Ni 2+ + 2OH – + H2 0 + O2 0 + 2SO4 2– + 4H + .

Соединяем катионы и анионы и записываем итоговое уравнение электролиза:
2NiSO4 + 4H2O → Ni 0 + Ni(OH)2 + H2 0 + O2 0 + 2H2SO4.

В других источниках литературы также говорится об альтернативном протекании электролиза кислородсодержащих солей металлов средней активности. Разница состоит в том, что после сложения левых и правых частей процессов электролиза необходимо соединить H + и OH – с образованием двух молекул воды. Оставшиеся 2H + расходуются на образование серной кислоты. В этом случае не нужно прибавлять дополнительные ионы никеля и сульфат-ионы:

Ni 2+ + SO4 2– + 2H2O + 2H2O → Ni 0 + 2OH – + H2 0 + O2 0 + SO4 2– + 4H + .

Ni 2+ + SO4 2– + 4H2O → Ni 0 + H2 0 + O2 0 + SO4 2– + 2H + + 2H2O.

NiSO4 + 2H2O → Ni 0 + H2 0 + O2 0 + H2SO4.

7. Раствор CH3COONa

Расписываем диссоциацию на ионы:
CH3COONa → CH3COO – + Na +

Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу выше, на катоде восстанавливается только водород. На аноде будет происходит окисление ацетат-ионов с образованием углекислого газа и удвоением остатка углеродной цепи:

К: 2Na + (в растворе)
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 2CH3COO – – 2e → CH3-CH3 + CO2

Так как количества электронов в процессах окисления и восстановления совпадают, составляем суммарное уравнение:
2Na + + 2CH3COO – + 2H2O → 2Na + + 2OH – + H2 0 + CH3-CH3 + CO2

Соединяем катионы и анионы:
2CH3COONa + 2H2O → 2NaOH + H2 0 + CH3-CH3 + CO2.

8. Раствор H2SO4

Расписываем диссоциацию на ионы:
H2SO4 → 2H + + SO4 2–

Из катионов в растворе присутствуют только катионы H+, они и будут восстанавливаться до простого вещества. На аноде будет протекать окисление воды, так как кислород содержащие кислотные остатки в растворах на аноде не окисляются.

К: 2H + +2e → H2
A: 2H2O – 4e → O2 + 4H +

Уравниваем число электронов. Для этого удваиваем каждый коэффициент в уравнении катодного процесса:

К: 4H + +4e → 2H2
A: 2H2O – 4e → O2 + 4H +

Суммируем левые и правые части уравнений:
4H + + 2H2O → 2H2 + O2 + 4H +

Катионы H + находятся в обеих частях реакции, следовательно, их нужно сократить. Получаем, что в случае растворов кислот, электролизу подвергаются только молекулы H2O:
2H2O → 2H2 + O2.

9. Раствор NaOH

Расписываем диссоциацию на ионы:
NaOH → Na + + OH –

Натрий стоит в ряду напряжений до алюминия, следовательно, восстанавливаться на катоде не будет (катионы остаются в растворе). Согласно правилу, на катоде восстанавливается только водород. На аноде будут окисляться гидроксид-анионы с образованием кислорода и воды:

К: Na+ (в растворе)
2H2O + 2e → H2 0 + 2OH –
А: 4OH – – 4e → O2 + 2H2O

Уравниваем число электронов, принимаемых и отдаваемых на электродах:

К: Na + (в растворе)
4H2O + 4e → 2H2 0 + 4OH –
А: 4OH – – 4e → O2 + 2H2O

Суммируем левые и правые части процессов:
4H2O + 4OH – → 2H2 0 + 4OH – + O2 0 + 2H2O

Сокращая 2H2O и ионы OH – , получаем итоговое уравнение электролиза:
2H2O → 2H2 + O2.

Вывод:
При электролизе растворов 1) кислородсодержащих кислот;
2) щелочей;
3) солей активных металлов и кислородсодержащих кислот
на электродах протекает электролиз воды:
2H2O → 2H2 + O2.