Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Результаты ЕГЭ показывают, что задания по теме “Электролиз” для выпускников остаются сложными. В школьной программе на изучение этой темы отводится недостаточное количество часов. Поэтому при подготовке школьников к ЕГЭ необходимо изучить этот вопрос очень подробно. Знание основ электрохимии поможет выпускнику успешно сдать экзамен и продолжить обучение в высшем учебном заведении.Для изучения темы “Электролиз” на достаточном уровне необходимо провести подготовительную работу с выпускниками, сдающими ЕГЭ:- рассмотреть определения основных понятий в теме “Электролиз”;- анализа процесса электролиза расплавов и растворов электролитов;- закрепить правила восстановления катионов на катоде и окисления анионов на аноде (роль молекул воды во время электролиза растворов);- формирование умений составлять уравнения процесса электролиза (катодный и анодный процессы);- научить учащихся выполнять типовые задания базового уровня (задачи), повышенного и высокого уровня сложности. Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, протекающий в растворах и расплавах электролитов при прохождении постоянного электрического тока. В растворе или расплаве электролита происходит его диссоциация на ионы. При включении электрического тока ионы приобретают направленное движение и на поверхности электродов могут происходить окислительно-восстановительные процессы.Анод – положительный электрод, на нём идут процессы окисления.

Катод – отрицательный электрод, на нём идут процессы восстановления.

Электролиз расплавов применяется для получения активных металлов, расположенных в ряду напряжений до алюминия (включительно).

Электролиз расплава хлорида натрия

К(-) Na + + 1e -> Na 0

A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 2 0

2NaCl(эл.ток) -> 2Na + Cl 2 (только при электролизе расплава).

Алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплавленном криолите (Na 3 AlF 6).

2Al 2 O 3 (эл.ток) ->4Al +3O 2

K(-)Al 3+ +3e‾ ->Al

A(+)2O 2‾ -2e‾ ->O 2

Электролиз расплава гидроксида калия.

KOH->K + +OH‾

К(-) K + + 1e -> K 0

A(+) 4OH - - 4e -> O 2 0 +2Н 2 О

4KOH(эл.ток) -> 4K 0 + O 2 0 +2Н 2 О

Электролиз водных растворов протекает сложнее, так как на электродах в этом случае могут восстанавливаться или окисляться молекулы воды.

Электролиз водных растворов солей более сложен из-за возможного участия в электродных процессах молекул воды на катоде и на аноде.

Правила электролиза в водных растворах.

На катоде:

1. Катионы, расположенные в ряду напряжений металлов от лития до алюминия (включительно), а также катионы NН 4 + не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды:

2Н 2 О + 2е -> Н 2 + 2ОН -

2. Катионы, расположенные в ряду напряжений после алюминия до водорода, могут восстанавливаться вместе с молекулами воды:

2Н 2 О + 2е -> Н 2 + 2ОН -

Zn 2+ + 2e -> Zn 0

3. Катионы, расположенные в ряду напряжений после водорода, полностью восстанавливаются: Аg + + 1е -> Аg 0

4. В растворах кислот восстанавливаются ионы водорода: 2Н + + 2е -> Н 2

На аноде:

1. Кислородосодержащие анионы и F - – не окисляются, вместо них окисляются молекулы воды:

2Н 2 О – 4е -> О 2 + 4Н +

2.Анионы серы, иода, брома, хлора (в этой последовательности) окисляются до простых веществ:

2Сl - – 2е -> Сl 2 0 S 2- - 2е -> S 0

3. В растворах щелочей окисляются гидроксид-ионы:

4ОН - - 4е -> О 2 + 2Н 2 О

4. В растворах солей карбоновых кислот окисляются анионы:

2 R - СОО - - 2е -> R - R + 2СО 2

5. При использовании растворимых анодов электроны во внешнюю цепь посылает сам анод за счёт окисления атомов металла, из которого сделан анод:

Сu 0 - 2е -> Сu 2+

Примеры процессам электролиза в водных растворах электролитов

Пример 1. K 2 SO 4 -> 2K + + SO 4 2-

K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -

A(+)2H 2 O – 4e‾ -> O 2 + 4H +

Общее уравнение электролиза: 2H 2 O(эл.ток) ->2 H 2 + O 2

Пример 2. NaCl ->Na + +Cl‾

K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -

A(+) 2Cl - - 2e -> Cl 2 0

2NaCl +2H 2 O(эл.ток) -> H 2 + 2NaOH + Cl 2

Пример 3. Cu SO 4 -> Cu 2+ + SO 4 2-

K(-) Cu 2+ + 2e‾ -> Cu

A(+)2H 2 O – 4e‾ -> O 2 + 4H +

Общее уравнение электролиза: 2 Cu SO 4 + 2H 2 O(эл. ток) ->2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4

Пример 4. CH 3 COONa->CH 3 COO‾ +Na +

K(-)2H 2 O + 2e‾ -> H 2 + 2OH -

A(+)2CH 3 COO‾– 2e‾ ->C 2 H 6 +2CO 2

Общее уравнение электролиза:

CH 3 COONa+2H 2 O(эл.ток) -> H 2 + 2NaHCO 3 +C 2 H 6

Задания базового уровня сложности

Тест по теме “Электролиз расплавов и растворов солей. Ряд напряжений металлов”.

1. Щёлочь – один из продуктов электролиза в водном растворе:

1) KCI 2) CuSO 4 3) FeCI 2 4) AgNO 3

2. При электролизе водного раствора нитрата калия на аноде выделяется:1) О 2 2) NO 2 3) N 2 4) Н 23. Водород образуется при электролизе водного раствора:1) CaCI 2 2) CuSO 4 3)Hg(NO 3) 2 4) AgNO 34. Реакция возможна между:1) Ag и K 2 SO 4 (р-р) 2) Zn и KCI(р-р) 3) Mg и SnCI 2 (р-р) 4) Ag и CuSO 4 (р-р)5. При электролизе раствора иодида натрия у катода окраска лакмуса в растворе:1) красная 2) синяя 3) фиолетовая 4) жёлтая6. При электролизе водного раствора фторида калия на катоде выделяется:1) водород 2) фтороводород 3) фтор 4) кислород

Задачи по теме “Электролиз”

1. Электролиз 400 г 20 %-ого раствора поваренной соли был остановлен, когда на катоде выделилось 11,2 л (н.у.) газа. Степень разложения исходной соли (в %) составляет:

1) 73 2) 54,8 3) 36,8 4) 18

Ответ: 73% соли разложилось.

2. Провели электролиз 200 г 10 %-ого раствора сульфата хрома (III) до полного расходования соли (на катоде выделяется металл). Масса (в граммах) израсходованной воды составляет:

1) 0,92 2) 1,38 3) 2,76 4) 5,52

Задания повышенного уровня сложности В3

1. Установите соответствие между формулой соли и уравнением процесса, протекающего на аноде при электролизе её водного раствора.

3. Установите соответствие между формулой соли и уравнением процесса, протекающего на катоде при электролизе её водного раствора.

5. Установите соответствие между названием вещества и продуктами электролиза его водного раствора.

Электролиз (греч. elektron - янтарь + lysis - разложение) - химическая реакция, происходящая при прохождении постоянного тока через электролит. Это разложение веществ на их составные части под действием электрического тока.

Процесс электролиза заключается в перемещении катионов (положительно заряженных ионов) к катоду (заряжен отрицательно), и отрицательно заряженных ионов (анионов) к аноду (заряжен положительно).

Итак, анионы и катионы устремляются соответственно к аноду и катоду. Здесь и происходит химическая реакция. Чтобы успешно решать задания по этой теме и писать реакции, необходимо разделять процессы на катоде и аноде. Именно так и будет построена эта статья.

Катод

К катоду притягиваются катионы - положительно заряженные ионы: Na + , K + , Cu 2+ , Fe 3+ , Ag + и т.д.

Чтобы установить, какая реакция идет на катоде, прежде всего, нужно определиться с активностью металла: его положением в электрохимическом ряду напряжений металлов.

Если на катоде появился активный металл (Li, Na, K) то вместо него восстанавливаются молекулы воды, из которых выделяется водород. Если металл средней активности (Cr, Fe, Cd) - на катоде выделяется и водород, и сам металл. Малоактивные металлы выделяются на катоде в чистом виде (Cu, Ag).

Замечу, что границей между металлами активными и средней активности в ряду напряжений считается алюминий. При электролизе на катоде металлы до алюминия (включительно!) не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды - выделяется водород.

В случае, если на катод поступают ионы водорода - H + (например при электролизе кислот HCl, H 2 SO 4) восстанавливается водород из молекул кислоты: 2H + - 2e = H 2

Анод

К аноду притягиваются анионы - отрицательно заряженные ионы: SO 4 2- , PO 4 3- , Cl - , Br - , I - , F - , S 2- , CH 3 COO - .

При электролизе кислородсодержащих анионов: SO 4 2- , PO 4 3- - на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды, из которых выделяется кислород.

Бескислородные анионы окисляются и выделяют соответствующие галогены. Сульфид-ион при оксилении окислении серу. Исключением является фтор - если он попадает анод, то разряжается молекула воды и выделяется кислород. Фтор - самый электроотрицательный элемент, поэтому и является исключением.

Анионы органических кислот окисляются особым образом: радикал, примыкающий к карбоксильной группе, удваивается, а сама карбоксильная группа (COO) превращается в углекислый газ - CO 2 .

Примеры решения

В процессе тренировки вам могут попадаться металлы, которые пропущены в ряду активности. На этапе обучения вы можете пользоваться расширенным рядом активности металлов.

Теперь вы точно будете знать, что выделяется на катоде;-)

Итак, потренируемся. Выясним, что образуется на катоде и аноде при электролизе растворов AgCl, Cu(NO 3) 2 , AlBr 3 , NaF, FeI 2 , CH 3 COOLi.

Иногда в заданиях требуется записать реакцию электролиза. Сообщаю: если вы понимаете, что образуется на катоде, а что на аноде, то написать реакцию не составляет никакого труда. Возьмем, например, электролиз NaCl и запишем реакцию:

NaCl + H 2 O → H 2 + Cl 2 + NaOH

Натрий - активный металл, поэтому на катоде выделяется водород. Анион не содержит кислорода, выделяется галоген - хлор. Мы пишем уравнение, так что не можем заставить натрий испариться бесследно:) Натрий вступает в реакцию с водой, образуется NaOH.

Запишем реакцию электролиза для CuSO 4:

CuSO 4 + H 2 O → Cu + O 2 + H 2 SO 4

Медь относится к малоактивным металлам, поэтому сама в чистом виде выделяется на катоде. Анион кислородсодержащий, поэтому в реакции выделяется кислород. Сульфат-ион никуда не исчезает, он соединяется с водородом воды и превращается в серую кислоту.

Электролиз расплавов

Все, что мы обсуждали до этого момента, касалось электролиза растворов, где растворителем является вода.

Перед промышленной химией стоит важная задача - получить металлы (вещества) в чистом виде. Малоактивные металлы (Ag, Cu) можно легко получать методом электролиза растворов.

Но как быть с активными металлами: Na, K, Li? Ведь при электролизе их растворов они не выделяются на катоде в чистом виде, вместо них восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород. Тут нам как раз пригодятся расплавы, которые не содержат воды.

В безводных расплавах реакции записываются еще проще: вещества распадаются на составные части:

AlCl 3 → Al + Cl 2

LiBr → Li + Br 2

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к

Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе ее водного раствора: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Решение.

При электролизе водных растворов солей, щелочей и кислот на инертном аноде:

Разряжается вода и выделяется кислород, если это соль кислородсодержащей кислоты или соль фтороводородной кислоты;

Разряжаются гидроксид-ионы и выделяется кислород, если это щелочь;

Разряжается кислотный остаток, входящий в состав соли, и выделяется соответствующее простое вещество, если это соль бескислородной кислоты(кроме ).

По особому происходит процесс электролиза солей карбоновых кислот.

Ответ: 3534.

Ответ: 3534

Источник: Яндекс: Тренировочная работа ЕГЭ по химии. Вариант 1.

Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, образующимся на катоде при электролизе его водного раствора: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Решение.

При электролизе водных растворов солей на катоде выделяется:

Водород, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов левее алюминия;

Металл, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов правее водорода;

Металл и водород, если это соль металла, стоящего в ряду напряжений металлов между алюминием и водородом.

Ответ: 3511.

Ответ: 3511

Источник: Яндекс: Тренировочная работа ЕГЭ по химии. Вариант 2.

Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Решение.

При электролизе водных растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов окисляется кислород из воды, поэтому на аноде выделяется кислород. При электролизе водных растворов бескислородных кислот идет окисление кислотного остатка.

Ответ: 4436.

Ответ: 4436

Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на инертном аноде в результате электролиза водного раствора этого вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Накануне ЕГЭ по химии 4 июня 2018 года в интернете замелькали фотографии с задачками на электролиз и на порции. Причем вместе взятые. Напомню, что ранее задачи на электролиз в реальных экзаменационных заданиях не встречались.

Листочки выглядят примерно так:

Все это наводит на мысли, что задания реального ЕГЭ снова слили в интернет до экзамена. Что ж, завтра посмотрим.

Ну а пока хотелось бы напомнить, как решают задачи на электролиз и на порции.

Задача 1.

При проведении электролиза 500 г 16% раствора сульфата меди (II) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 1,12 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.

Решение.

Во-первых, составляем уравнение реакции электролиза раствора сульфата меди. Как это делать, подробно описано в статье .

2CuSO 4 + 2H 2 O → 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2

Находим массу чистого сульфата меди:

m(CuSO 4) = m раствора *ω(CuSO 4) = 500*0,16 = 80 г

Количество вещества сульфата меди:

ν(CuSO 4) = m/M = 80/160 = 0,5 моль

Видно, что на аноде должно выделиться 0,25 моль газа, или 5,6 л.

Однако, в условии сказано, что выделилось только 1,12 л газа. Следовательно, сульфат меди прореагировал не полностью, а только частично.

Находим количество и массу кислорода, который выделился на аноде:

ν(O 2) = V/V m = 1,12/22,4 = 0,05 моль,

m(O 2) = ν*M = 0,05*32 = 1,6 г.

Следовательно, в электролиз вступило 0,1 моль сульфата меди.

В растворе осталось 0,4 моль сульфата меди . При этом образовалось 0,1 моль серной кислоты массой 9,8 г и 0,1 моль меди выпало в осадок (масса меди 6,4 г) .

При этом масса полученного раствора после электролиза m р-ра2 равна:

m р-ра2 = 500 – 1,6 – 6,4 = 492 г

Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. При этом количество растворенных веществ поменялось. Зато не поменялась их массовая доля. Надем массовую долю сульфата меди ω(CuSO 4) 2 и серной кислоты ω(H 2 SO 4) в растворе, который остался после электролиза:

m(CuSO 4) ост = ν*M = 0,4*160 = 64 г

ω(CuSO 4) 2 = m(CuSO 4) 2 /*m р-ра2 = 64/492 = 0,13 = 13%

ω(H 2 SO 4) = m(H 2 SO 4)/*m р-ра2 = 9,8/492 = 0,02 = 2%

Найдем массу и количество серной кислоты и массу сульфата меди в порции массой m р-ра3 = 98,4 г, которую мы отобрали:

m(CuSO 4) 3 = ω(CuSO 4) 2 *m р-ра3 = 0,13*98,4 = 12,79 г

m(H 2 SO 4) 2 = ω(H 2 SO 4)*m р-ра3 = 0,02*98,4 = 1,97 г

ν(CuSO 4) = m/M = 12,79/160 = 0,08 моль

ν(H 2 SO 4) = m/M = 1,97/98 = 0,02 моль

Чтобы осадить ионы меди, гидроксид натрия должен прореагировать и с серной кислотой в растворе, и с сульфатом меди:

H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O

CuSO 4 + 2NaOH = Cu(OH) 2 + 2H 2 O

В первой реакции израсходуется 0,04 моль гидроксида натрия, во второй реакции 0,16 моль гидроксида натрия. Всего потребуется 0,2 моль гидроксида натрия. Или 8 г чистого NaOH, что соответствует 40 г 20%-ного раствора. Таким образом, ответ на листочках, распространяемых в интернете, слегка не верный.

Другие задачи на электролиз :

2. Электролиз 282 г 40%-ного раствора нитрата меди (II) остановили после того, когда масса раствора уменьшилась на 32 г. К образовавшемуся раствору добавили 140 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щелочи в полученном растворе.

3. При проведении электролиза 340 г 20%-ного раствора нитрата серебра (I) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 1, 12 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 79,44 г. Вычислите массу 10%-ного раствора хлорида натрия, необходимого для полного осаждении ионов серебра из отобранной порции раствора.

4. При проведении электролиза 312 г 15%-ного раствора хлорида натрия процесс прекратили, когда на катоде выделилось 6,72 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 58,02 г. Вычислите массу 20%-ного раствора сульфата меди (II), необходимого для полного осаждения гидроксид-ионов из отобранной порции раствора.

5. Электролиз 640 г 15%-ного раствора сульфата меди (II) остановили после того, когда масса раствора уменьшилась на 32 г. К образовавшемуся раствору добавили 400 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю щелочи в полученном растворе.

6. При проведении электролиза 360 г 18,75% раствора хлорида меди (II) процесс прекратили, когда на аноде выделилось 4,48 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 22,2 г. Вычислите массу 20 %-ного раствора гидроксида натрия, необходимого для полного осаждения ионов меди из отобранной порции раствора.

7. При проведении электролиза 624 г 10%-ного раствора хлорида бария процесс прекратили, когда на катоде выделилось 4,48 л газа. Из полученного раствора отобрали порцию массой 91,41 г. Вычислите массу 10%-ного раствора карбоната натрия, необходимого для полного осаждения ионов бария из отобранной порции раствора.

8. При проведении электролиза 500 г 16%-ного раствора сульфата меди (II) процесс прекрати, когда на аноде выделилось 1,12 л газа. К образовавшемуся раствору прибавили 53 г 10%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю сульфата меди (II) в полученном растворе.