МБОУ Балтасинская гимназия МБОУ Балтасинская гимназия Хафизова Эльвира Мударисовна Учитель химии I кв. категории Электролиз Электролиз водных растворов. - презентация

1 МБОУ Балтасинская гимназия МБОУ Балтасинская гимназия Хафизова Эльвира Мударисовна Учитель химии I кв. категории Электролиз Электролиз водных растворов электролитов

2 План лекции 1. Электролиз как окислительно- восстановительный процесс. 2. Электроды и электродные реакции 3. Электролиз растворов электролитов 4. Электролиз в заданиях билетов ЕГЭ

3 Электролиз Под электролизом понимают совокуп- ность окислительно-восстановительных реак- ций, происходящих на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. За счет электрической энергии при электролизе осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самопроизвольно. Под электролизом понимают совокуп- ность окислительно-восстановительных реак- ций, происходящих на электродах при прохождении постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита. За счет электрической энергии при электролизе осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самопроизвольно.

4 Реакции, протекающие на электродах, называются электродными. Реакции, протекающие на электродах, называются электродными. Электродные реакции Электродные реакции катодная реакция анодная реакция

5 Катодная реакция протекает на катоде, является реакцией восстановления катиона: Катодная реакция протекает на катоде, является реакцией восстановления катиона: Kt + + e - Kt Kt + + e - Kt Анодная реакция протекает на аноде, является реакцией окисления аниона: Анодная реакция протекает на аноде, является реакцией окисления аниона: An - - e - An An - - e - An

6 Таблица. Катодные процессы в водных растворах солей Электрохимический ряд напряжений металлов Li, K, Ca, Na, Mg, Al Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb H2H2 Cu, Hg, Ag, Pt, Au 2H 2 O+2e¯=H 2 +2OH¯ Me n+ +ne¯=Me 0 2H 2 O+2e¯=H 2 +2OH¯ Me n+ +ne¯=Me 0

7 Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке: Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке: I -, Br -, S 2-, Cl -, OH -, SO 4 2-, NO 3 -, F - I -, Br -, S 2-, Cl -, OH -, SO 4 2-, NO 3 -, F - Восстановительная активность анионов уменьшается Восстановительная активность анионов уменьшается

8 На нерастворимом (инертном) аноде в процессе электролиза происходит окисление анионов или молекул воды. На нерастворимом (инертном) аноде в процессе электролиза происходит окисление анионов или молекул воды. 1. Если анион является кислотным остатком бескислородной кислоты (например, S 2-, Cl -, Br -, 1. Если анион является кислотным остатком бескислородной кислоты (например, S 2-, Cl -, Br -, J - ), то на аноде окисляется анион. J - ), то на аноде окисляется анион. 2. Если анион является кислотным остатком кислородсодержащей кислоты (например, SO 4 2-, NO 3 -, PO 4 3-, CO 3 2- ), то на аноде окисляется вода. 2. Если анион является кислотным остатком кислородсодержащей кислоты (например, SO 4 2-, NO 3 -, PO 4 3-, CO 3 2- ), то на аноде окисляется вода. 3. При окислении анионов органических кислот происходит процесс: 3. При окислении анионов органических кислот происходит процесс: 2RCOO - - 2e - R – R + 2CO 2 2RCOO - - 2e - R – R + 2CO 2

9 Таблица. Анодные процессы в водных растворах АнодКислотный остаток An m- бескислородныйкислородсодержащий Растворимый Окисление металла анода Me 0 - ne¯= Me n+ анод раствор НерастворимыйОкисление аниона (кроме фторидов) An m- - me¯=An 0 В кислой, нейтральной средах: 2H 2 O-4e¯= O 2 + 4H + в щелочной среде: 4OH¯-4e¯=O 2 +2H 2 O

10 При электролизе водных растворов электролитов с инертными (неактивными) электродами используют следующие правила: При электролизе водных растворов электролитов с инертными (неактивными) электродами используют следующие правила: 1. При электролизе водного раствора соли активного металла (от Li до Al включительно) и кислородсодержащей кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород, и электролиз сводится к электролитическому разложению воды: 1. При электролизе водного раствора соли активного металла (от Li до Al включительно) и кислородсодержащей кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород, и электролиз сводится к электролитическому разложению воды: 2H 2 O электролиз 2H 2 + O 2 2H 2 O электролиз 2H 2 + O 2 Растворенная соль остается в неизменном виде. В ходе электролиза наблюдается концентри- рование раствора за счет уменьшения содержания растворителя. Растворенная соль остается в неизменном виде. В ходе электролиза наблюдается концентри- рование раствора за счет уменьшения содержания растворителя.

11 Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора сульфата натрия с инертными электродами, например, платиновыми. Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора сульфата натрия с инертными электродами, например, платиновыми. Схематично процесс можно представить так: Схематично процесс можно представить так: катод (Pt) Na 2 SO 4 анод (Pt) катод (Pt) Na 2 SO 4 анод (Pt) 2 Na + + SO Na + + SO 4 2- H 2 O H 2 O 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - H 2 O – 4e - = O 2 + 4H +

12 В прикатодном пространстве, так называется пространство вблизи катода, накапливаются ионы Na + и ионы OH -, т.е. образуется щелочь, а около анода среда становится кислой за счет образова- ния серной кислоты. Суммарное уравнение: В прикатодном пространстве, так называется пространство вблизи катода, накапливаются ионы Na + и ионы OH -, т.е. образуется щелочь, а около анода среда становится кислой за счет образова- ния серной кислоты. Суммарное уравнение: 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + 1 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + 1 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - 2 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH H 2 O электролиз 2H 2 + O 2 + 4OH - + 4H + 6 H 2 O электролиз 2H 2 + O 2 + 4OH - + 4H + Если катодное и анодное пространство не разделены перегородкой, то ионы H + и OH - образуют воду и уравнение электролиза примет вид: 2H 2 O электролиз 2H 2 + O 2. Итак, электролиз водного раствора сульфата натрия сводится к электролизу воды. Если катодное и анодное пространство не разделены перегородкой, то ионы H + и OH - образуют воду и уравнение электролиза примет вид: 2H 2 O электролиз 2H 2 + O 2. Итак, электролиз водного раствора сульфата натрия сводится к электролизу воды.

13 2. При электролизе водного раствора соли активного металла (от Li до Al включительно) и бескислородной кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – неметалл. В растворе образуется основание. В случае фторидов на аноде окисляется вода и выделяется кислород: 2. При электролизе водного раствора соли активного металла (от Li до Al включительно) и бескислородной кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – неметалл. В растворе образуется основание. В случае фторидов на аноде окисляется вода и выделяется кислород: 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора хлорида натрия с инертными электродами, например, платиновыми. Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора хлорида натрия с инертными электродами, например, платиновыми. Схематично процесс можно представить так: Схематично процесс можно представить так: катод (Pt) NaCl анод (Pt) Na + + Cl - катод (Pt) NaCl анод (Pt) Na + + Cl - H 2 O H 2 O 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - 2Cl - ­ 2e = Cl 2 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - 2Cl - ­ 2e = Cl 2

14 В прикатодном пространстве накапливаются ионы Na + и ионы OH -, т.е. образуется щелочь. Суммарное уравнение: В прикатодном пространстве накапливаются ионы Na + и ионы OH -, т.е. образуется щелочь. Суммарное уравнение: 2Cl - + 2H 2 O = Cl 2 + H 2 + 2OH - 2Cl - + 2H 2 O = Cl 2 + H 2 + 2OH - Суммарное уравнение электролиза в молеку- лярном виде примет вид: Суммарное уравнение электролиза в молеку- лярном виде примет вид: 2NaCl + 2H 2 O электролиз Cl 2 + H 2 + 2NaOH 2NaCl + 2H 2 O электролиз Cl 2 + H 2 + 2NaOH Итак, при электролизе водного раствора хлорида натрия на катоде выделяется водород, на аноде – хлор, а в растворе образуется гидроксид натрия. Итак, при электролизе водного раствора хлорида натрия на катоде выделяется водород, на аноде – хлор, а в растворе образуется гидроксид натрия.

15 3. При электролизе водного раствора соли металла средней активности (после Al до водорода) и кислородсодержащей кислоты на катоде выделяются металл и водород одновременно, а на аноде – кислород. 3. При электролизе водного раствора соли металла средней активности (после Al до водорода) и кислородсодержащей кислоты на катоде выделяются металл и водород одновременно, а на аноде – кислород. В качестве примера рассмотрим электролиз раствора сульфата цинка с инертными электродами. Схема процесса: В качестве примера рассмотрим электролиз раствора сульфата цинка с инертными электродами. Схема процесса: катод (Pt) ZnSO 4 анод (Pt) катод (Pt) ZnSO 4 анод (Pt) Zn SO 4 2- Zn SO 4 2- H 2 O H 2 O Zn e - = Zn Zn e - = Zn 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + Cуммарное уравнение реакции: Cуммарное уравнение реакции: Zn H 2 O электролиз Zn + H 2 + O 2 + 2H + Zn H 2 O электролиз Zn + H 2 + O 2 + 2H + или в молекулярном виде: или в молекулярном виде: ZnSO 4 + 2H 2 O электролиз Zn + H 2 + O 2 + H 2 SO 4 ZnSO 4 + 2H 2 O электролиз Zn + H 2 + O 2 + H 2 SO 4

16 4. При электролизе водного раствора соли металла средней активности (после Al до водоро- да) и бескислородной кислоты на катоде выделя- ются металл и водород одновременно, а на аноде – неметалл. 4. При электролизе водного раствора соли металла средней активности (после Al до водоро- да) и бескислородной кислоты на катоде выделя- ются металл и водород одновременно, а на аноде – неметалл. В качестве примера рассмотрим электролиз раствора хлорида цинка с инертными электродами. Схема процесса: В качестве примера рассмотрим электролиз раствора хлорида цинка с инертными электродами. Схема процесса: катод (Pt) ZnCl 2 анод (Pt) катод (Pt) ZnCl 2 анод (Pt) Zn Cl - Zn Cl - H 2 O H 2 O Zn e - = Zn 2Сl - - 2e - = Cl 2 Zn e - = Zn 2Сl - - 2e - = Cl 2 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - Таким образом, при электролизе водного раствора хлорида цинка на катоде одновременно выделяются цинк и водород, а на аноде – хлор. Таким образом, при электролизе водного раствора хлорида цинка на катоде одновременно выделяются цинк и водород, а на аноде – хлор.

17 5. При электролизе водного раствора соли неактивного металла (от водорода до Au включительно) и кислородсодержащей кислоты на катоде выделяется металл, а на аноде – кислород. В растворе образуется кислота. 5. При электролизе водного раствора соли неактивного металла (от водорода до Au включительно) и кислородсодержащей кислоты на катоде выделяется металл, а на аноде – кислород. В растворе образуется кислота. Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора сульфата меди (II) с инертными электродами, например, платиновыми. Схематично процесс можно представить так: Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора сульфата меди (II) с инертными электродами, например, платиновыми. Схематично процесс можно представить так: катод (Pt) CuSO 4 анод (Pt ) катод (Pt) CuSO 4 анод (Pt ) Cu 2+ + SO 4 2- Cu 2+ + SO 4 2- H 2 O H 2 O Cu e - = Cu 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + Cu e - = Cu 2H 2 O – 4e - = O 2 + 4H + На катоде выделяется медь, на аноде - кислород, а в прианодном пространстве среда становится кислой за счет образования серной кислоты. Суммарное уравнение: 2CuSO 4 + 2H 2 O электролиз 2Cu + O H 2 SO 4 На катоде выделяется медь, на аноде - кислород, а в прианодном пространстве среда становится кислой за счет образования серной кислоты. Суммарное уравнение: 2CuSO 4 + 2H 2 O электролиз 2Cu + O H 2 SO 4

18 6. При электролизе водного раствора соли неактивного металла (от водорода до Au включительно) и бескислородной кислоты на катоде выделяется металл, а на аноде – неметалл. 6. При электролизе водного раствора соли неактивного металла (от водорода до Au включительно) и бескислородной кислоты на катоде выделяется металл, а на аноде – неметалл. При этом уравнение электролиза водного раствора и расплава совпадают. В ходе электролиза наблюдается разбавление раствора, поскольку уменьшается содержа- ние растворенной соли. При этом уравнение электролиза водного раствора и расплава совпадают. В ходе электролиза наблюдается разбавление раствора, поскольку уменьшается содержа- ние растворенной соли.

19 Рассмотрим в качестве примера электролиз раствора хлорида меди (II) с нерастворимыми (угольными) электродами. Стандартный электродный потенциал меди равен + 0,34В, а водорода принят равным нулю. Так как медь расположена в ряду стандартных электродных потенциалов после водорода, то на катоде восстанавливаются ионы Cu 2+, и выделяется медь: Рассмотрим в качестве примера электролиз раствора хлорида меди (II) с нерастворимыми (угольными) электродами. Стандартный электродный потенциал меди равен + 0,34В, а водорода принят равным нулю. Так как медь расположена в ряду стандартных электродных потенциалов после водорода, то на катоде восстанавливаются ионы Cu 2+, и выделяется медь: Cu e - = Cu Cu e - = Cu На аноде окисляются хлорид - ионы Cl -, и выделяется свободный хлор: На аноде окисляются хлорид - ионы Cl -, и выделяется свободный хлор: 2Сl - - 2e - = Cl 2 2Сl - - 2e - = Cl 2

20 Схема электролиза: Схема электролиза: катод (С) CuCl 2 анод (C) катод (С) CuCl 2 анод (C) Cu Сl - Cu Сl - Cu e - = Cu 2Сl - ­ 2e - = Cl 2 Cu e - = Cu 2Сl - ­ 2e - = Cl 2 Суммарное уравнение: Суммарное уравнение: Cu Сl - электролиз Cu + Cl 2 Cu Сl - электролиз Cu + Cl 2 или в молекулярном виде: или в молекулярном виде: CuCl 2 электролиз Cu + Cl 2 CuCl 2 электролиз Cu + Cl 2

21 7. При электролизе водного раствора соли аммония на катоде восстанавливается вода: 7. При электролизе водного раствора соли аммония на катоде восстанавливается вода: 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - 8. При электролизе водного раствора соли активного металла органической кислоты на катоде выделяется водород, на аноде углеводород и углекислый газ, а в растворе образуется щелочь. 8. При электролизе водного раствора соли активного металла органической кислоты на катоде выделяется водород, на аноде углеводород и углекислый газ, а в растворе образуется щелочь. Рассмотрим электролиз водного раствора соли активного металла органической кислоты на примере электролиза раствора ацетата натрия на инертных электродах. Схематично процесс можно представить так: Рассмотрим электролиз водного раствора соли активного металла органической кислоты на примере электролиза раствора ацетата натрия на инертных электродах. Схематично процесс можно представить так:

22 катод (Pt) CH 3 COONa анод (Pt) катод (Pt) CH 3 COONa анод (Pt) 2Na + + CH 3 COO - 2Na + + CH 3 COO - H 2 O H 2 O 2H 2 O + 2e - =H 2 + 2OH - 2СH 3 COO - - 2e - =C 2 H 6 + 2CO 2 2H 2 O + 2e - =H 2 + 2OH - 2СH 3 COO - - 2e - =C 2 H 6 + 2CO 2 В прикатодном пространстве накапливаются ионы Na + и ионы OH -, т.е. образуется щелочь. В прикатодном пространстве накапливаются ионы Na + и ионы OH -, т.е. образуется щелочь. Суммарное уравнение электролиза в молекулярном виде примет вид: Суммарное уравнение электролиза в молекулярном виде примет вид: 2CH 3 COONa + 2H 2 O электролиз C 2 H 6 + 2CO 2 2CH 3 COONa + 2H 2 O электролиз C 2 H 6 + 2CO 2 + H 2 + 2NaOH + H 2 + 2NaOH

23 9. Электролиз водного раствора щелочи сводится к электролитическому разложению воды: 9. Электролиз водного раствора щелочи сводится к электролитическому разложению воды: 2H 2 O электролиз 2H 2 + O 2 2H 2 O электролиз 2H 2 + O Электролиз водного раствора кислородсо- держащей кислоты сводится к электролитическо- му разложению воды: 10. Электролиз водного раствора кислородсо- держащей кислоты сводится к электролитическо- му разложению воды: 2H 2 O электролиз 2H 2 + O 2 2H 2 O электролиз 2H 2 + O 2 В ходе электролиза наблюдается концентриро- вание раствора, поскольку уменьшается содержа- ние растворителя. В ходе электролиза наблюдается концентриро- вание раствора, поскольку уменьшается содержа- ние растворителя. 11. При электролизе водного раствора бескислородной кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – неметалл. Вода не подвергается электролизу. 11. При электролизе водного раствора бескислородной кислоты на катоде выделяется водород, а на аноде – неметалл. Вода не подвергается электролизу.

24 Электролиз в заданиях билетов ЕГЭ Электролиз в заданиях билетов ЕГЭ Электролиз проверяется в КИМах ЕГЭ Электролиз проверяется в КИМах ЕГЭ на базовом уровне сложности (в части А) на базовом уровне сложности (в части А) на повышенном уровне сложности (в части В) на повышенном уровне сложности (в части В) на высоком уровнe сложности (в части С) на высоком уровнe сложности (в части С)

25 На базовом и повышенном уровнях проверяются умения определять продукты электролиза на катоде, на аноде, уравнение катодного процесса, уравнение анодного процесса, способ электролитического получения металлов, например: На базовом и повышенном уровнях проверяются умения определять продукты электролиза на катоде, на аноде, уравнение катодного процесса, уравнение анодного процесса, способ электролитического получения металлов, например: При электролизе раствора AgNO 3 на катоде выделяется: При электролизе раствора AgNO 3 на катоде выделяется: 1. Серебро 2. Водород 3. Серебро и водород 4. Кислород и водород Какой процесс происходит на инертном аноде при электролизе раствора бромида натрия? Какой процесс происходит на инертном аноде при электролизе раствора бромида натрия? 1. Окисление воды 2. Окисление ионов брома 3. Окисление меди 4. Восстановление меди

26 Установите соответствие между формулой вещества и простым веществом, которое образуется на катоде в результате электролиза его водного раствора. Установите соответствие между формулой вещества и простым веществом, которое образуется на катоде в результате электролиза его водного раствора. ХИМИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА ХИМИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА А) MgCl 2 1) Mg А) MgCl 2 1) Mg Б) AgNO 3 2) H 2 Б) AgNO 3 2) H 2 В) CuSО 4 3) Ag В) CuSО 4 3) Ag Г) Li 2 S 4) Li Г) Li 2 S 4) Li 5) S 5) S 6) Cu 6) Cu АБВГ

27 Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе ее водного раствора. Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе ее водного раствора. ФОРМУЛА СОЛИ ПРОДУКТ НА АНОДЕ ФОРМУЛА СОЛИ ПРОДУКТ НА АНОДЕ А) Rb 2 SO 4 1) метан А) Rb 2 SO 4 1) метан Б) CH 3 COOK 2) сернистый газ Б) CH 3 COOK 2) сернистый газ В) BaBr 2 3) кислород В) BaBr 2 3) кислород Г) CuSО 4 4) водород Г) CuSО 4 4) водород 5) бром 5) бром 6) этан и углекислый газ 6) этан и углекислый газ АБВГ

28 Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения. МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ А) хром 1) водного раствора солей А) хром 1) водного раствора солей Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида В) литий 3) расплава соли В) литий 3) расплава соли Г) барий 4) расплавленного оксида Г) барий 4) расплавленного оксида 5) раствора оксида в 5) раствора оксида в расплавленном криолите расплавленном криолите 6) расплавленного нитрата 6) расплавленного нитрата АБВГ

29 По заданиям высокого уровня сложности проверяются умения составлять электродные реакции и общие уравнения электролиза, например: По заданиям высокого уровня сложности проверяются умения составлять электродные реакции и общие уравнения электролиза, например: С1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора гидроксида калия на инертных электродах. С1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора гидроксида калия на инертных электродах. С1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора сульфата меди (II) на инертных электродах. С1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора сульфата меди (II) на инертных электродах. С1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора нитрата калия на инертных электродах. С1. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение электролиза водного раствора нитрата калия на инертных электродах.

30 Благодарю вас за внимание!