hjem > Reparation og dekoration > Regler for sammensætning af redoxreaktioner. Elektrolyse af smelter og opløsninger af stoffer Opgaver for elever


Regler for sammensætning af redoxreaktioner. Elektrolyse af smelter og opløsninger af stoffer Opgaver for elever




Lad os huske på, at reduktionsprocesser forekommer ved katoden, og oxidationsprocesser forekommer ved anoden.

Processer, der forekommer ved katoden:

Der er flere typer positivt ladede partikler i opløsningen, som kan reduceres ved katoden:

1) Metalkationer reduceres til et simpelt stof, hvis metallet er i spændingsrækken til højre for aluminium (eksklusive Al selv). For eksempel:
Zn2+ +2e → Zno.

2) I tilfælde af en opløsning af salt eller alkali: hydrogenkationer reduceres til et simpelt stof, hvis metallet er i rækken af ​​metalspændinger op til H 2:
2H20 + 2e → H20 + 2OH-.
For eksempel i tilfælde af elektrolyse af NaNO 3 eller KOH opløsninger.

3) I tilfælde af elektrolyse af en sur opløsning: hydrogenkationer reduceres til et simpelt stof:
2H++2e → H2.
For eksempel i tilfælde af elektrolyse af en opløsning af H 2 SO 4.

Processer, der forekommer ved anoden:

Syrester, der ikke indeholder ilt, oxideres let ved anoden. For eksempel halogenidioner (undtagen F -), sulfidanioner, hydroxidanioner og vandmolekyler:

1) Halogenider oxideres til simple stoffer:
2Cl--2e → Cl2.

2) Ved elektrolyse af en alkaliopløsning i hydroxidanioner oxideres oxygen til et simpelt stof. Brint har allerede en oxidationstilstand på +1 og kan ikke oxideres yderligere. Der bliver også frigivet vand – hvorfor? Fordi vi ikke vil være i stand til at skrive andet: 1) Vi kan ikke skrive H +, da OH - og H + ikke kan stå på hver sin side af den samme ligning; 2) Vi kan heller ikke skrive H 2, da dette ville være en hydrogenreduktionsproces (2H + +2e → H 2), og kun oxidationsprocesser forekommer ved anoden.
4OH - - 4e → O2 + 2H2O.

3) Hvis opløsningen indeholder fluoranioner eller iltholdige anioner, vil vand undergå oxidation med forsuring af anoderummet i henhold til følgende ligning:
2H20-4e → O2 + 4H+.
Denne reaktion sker i tilfælde af elektrolyse af opløsninger af oxygenholdige salte eller oxygenholdige syrer. I tilfælde af elektrolyse af en alkaliopløsning vil hydroxidanioner blive oxideret i henhold til regel 2) ovenfor.

4) Ved elektrolyse af en opløsning af et organisk syresalt ved anoden frigives altid CO 2 og kulstofkæderesten fordobles:
2R-COO - - 2e → R-R + 2CO2.

Eksempler:

1. LøsningNaCl


NaCl → Na + + Cl -

Metallet Na er i spændingsrækken før aluminium, derfor vil det ikke blive reduceret ved katoden (kationerne forbliver i opløsning). Ifølge reglen ovenfor reduceres hydrogen ved katoden. Kloridanioner vil oxidere ved anoden til et simpelt stof:

TIL: 2Na+ (i opløsning)
EN: 2Cl - - 2e → Cl2

Koefficienten 2 foran Na + fremkom på grund af tilstedeværelsen af ​​en lignende koefficient foran chloridioner, da deres forhold i NaCl-salt er 1:1.

Vi kontrollerer, at antallet af modtagne og givne elektroner er det samme, og opsummerer venstre og højre del af katode- og anodeprocesserne:

2Na + + 2Cl- + 2H2O → H20 + 2Na + + 2OH- + Cl2. Vi forbinder kationer og anioner:
2NaCl + 2H2O → H20 + 2NaOH + Cl2.

2. LøsningNa 2SO 4

Vi beskriver dissociationen til ioner:
Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2-

Natrium er i spændingsrækken før aluminium, derfor vil det ikke blive reduceret ved katoden (kationerne forbliver i opløsning). Ifølge reglen ovenfor reduceres kun brint ved katoden. Sulfatanioner indeholder oxygen, så de vil ikke oxidere, men forbliver også i opløsning. I henhold til reglen ovenfor oxideres vandmolekyler i dette tilfælde:

TIL: 2H2O + 2e → H20 + 2OH -
EN: 2H20-4e → O20 + 4H+.

Vi udligner antallet af modtagne og transmitterede elektroner ved katoden og anoden. For at gøre dette er det nødvendigt at gange alle koefficienter for den katodiske proces med 2:
TIL: 4H2O + 4e → 2H20 + 4OH -
EN: 2H20-4e → O20 + 4H+.


6H20 → 2H20 + 4OH- + 4H+ + O20.

4OH- og 4H+ kombineres til 4 molekyler H2O:
6H2O → 2H20 + 4H2O + O20.

Vi reducerer vandmolekylerne placeret på begge sider af ligningen, dvs. træk 4H 2 O fra hver side af ligningen og få den endelige hydrolyseligning:
2H20 → 2H20 + O20.

Således reduceres hydrolysen af ​​opløsninger af oxygenholdige salte af aktive metaller (op til Al inklusive) til hydrolyse af vand, da hverken metalkationer eller anioner af sure rester deltager i redoxprocesserne ved elektroderne.

3. LøsningCuCl2

Vi beskriver dissociationen til ioner:
CuCl 2 → Cu 2+ + 2Cl -

Kobber er i spændingsrækken af ​​metaller efter brint, derfor vil kun det blive reduceret ved katoden. Kun chloridanioner vil oxidere ved anoden.

TIL: Cu 2+ + 2e → Cu 0
EN: 2Cl - - 2e → Cl2


CuCl2 → Cu0 + Cl2.

4. LøsningCuSO4

Vi beskriver dissociationen til ioner:
CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 2-

Kobber er i spændingsrækken af ​​metaller efter brint, derfor vil kun det blive reduceret ved katoden. Vandmolekyler vil blive oxideret ved anoden, da oxygenholdige syrerester i opløsninger ved anoden ikke oxideres.

TIL: Cu 2+ + 2e → Cu 0
EN: SO 4 2- (i opløsning)
2H20-4e → O2 + 4H+.

Vi udligner antallet af elektroner ved katoden og anoden. For at gøre dette multiplicerer vi alle koefficienterne i katodeligningen med 2. Antallet af sulfationer skal også fordobles, da forholdet mellem Cu 2+ og SO 4 i kobbersulfat er 2- 1:1.

TIL: 2Cu 2+ + 4e → 2Cu 0
EN: 2SO 4 2- (i opløsning)
2H20-4e → O2 + 4H+.

Vi skriver den overordnede ligning:
2Cu2+ + 2SO4 2- + 2H2O → 2Cu0 + O2 + 4H+ + 2S042-.

Ved at kombinere kationer og anioner opnår vi den endelige elektrolyseligning:
2CuSO4 + 2H2O → 2Cu0 + O2 + 2H2SO4.

5. LøsningNiCl2

Vi beskriver dissociationen til ioner:
NiCl 2 → Ni 2+ + 2Cl -

Nikkel er i spændingsrækken af ​​metaller efter aluminium og før brint, derfor vil både metal og brint blive reduceret ved katoden. Kun chloridanioner vil oxidere ved anoden.

TIL: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H20 + 2OH -
EN: 2Cl - - 2e → Cl2

Vi udligner antallet af elektroner, der modtages og afgives ved katoden og anoden. For at gøre dette skal du gange alle koefficienter i anodeligningen med 2:

TIL: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H20 + 2OH -
Ni 2+ (i opløsning)
EN: 4Cl - - 4e → 2Cl 2

Vi bemærker, at ifølge formlen NiCl 2 er forholdet mellem nikkel og chlor atomer 1:2, derfor skal Ni 2+ tilsættes til opløsningen for at opnå den samlede mængde 2NiCl 2. Dette skal også gøres, da modioner for hydroxidanioner skal være til stede i opløsningen.

Vi sammenlægger venstre og højre del af de katodiske og anodiske processer:
Ni 2+ + Ni 2+ + 4Cl - + 2H 2 O → Ni 0 + H 2 0 + 2OH - + Ni 2+ + 2Cl 2.

Vi kombinerer kationer og anioner for at opnå den endelige elektrolyseligning:
2NiCl2 + 2H2O → Ni0 + H20 + Ni(OH)2 + 2Cl2.

6. LøsningNiSO4

Vi beskriver dissociationen til ioner:
NiSO 4 → Ni 2+ + SO 4 2-

Nikkel er i spændingsrækken af ​​metaller efter aluminium og før brint, derfor vil både metal og brint blive reduceret ved katoden. Vandmolekyler vil blive oxideret ved anoden, da oxygenholdige syrerester i opløsninger ved anoden ikke oxideres.

TIL: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H20 + 2OH -
EN: SO 4 2- (i opløsning)
2H20-4e → O2 + 4H+.

Vi kontrollerer, at antallet af modtagne og givne elektroner er det samme. Vi bemærker også, at der er hydroxidioner i opløsningen, men der er ingen modioner for dem i registreringen af ​​elektrodeprocesser. Derfor skal Ni 2+ tilsættes opløsningen. Da antallet af nikkelioner er fordoblet, er det nødvendigt at fordoble antallet af sulfationer:

TIL: Ni 2+ + 2e → Ni 0
2H2O + 2e → H20 + 2OH -
Ni 2+ (i opløsning)
EN: 2SO 4 2- (i opløsning)
2H20-4e → O2 + 4H+.

Vi sammenlægger venstre og højre del af de katodiske og anodiske processer:
Ni 2+ + Ni 2+ + 2SO 4 2- + 2H 2 O + 2H 2 O → Ni 0 + Ni 2+ + 2OH- + H 2 0 + O 2 0 + 2SO 4 2- + 4H+.

Vi kombinerer kationer og anioner og skriver den endelige elektrolyseligning:
2NiSO4 + 4H2O → Ni0 + Ni(OH)2 + H20 + O20 + 2H2SO4.

Andre litteraturkilder taler også om et alternativt elektrolyseforløb af oxygenholdige metalsalte med mellemaktivitet. Forskellen er, at efter at have tilføjet venstre og højre side af elektrolyseprocesserne, er det nødvendigt at kombinere H + og OH - for at danne to vandmolekyler. De resterende 2H+ bruges på dannelsen af ​​svovlsyre. I dette tilfælde er det ikke nødvendigt at tilføje yderligere nikkel- og sulfationer:

Ni 2+ + SO 4 2- + 2H 2 O + 2H 2 O → Ni 0 + 2OH- + H 2 0 + O 2 0 + SO 4 2- + 4H+.

Ni 2+ + SO 4 2- + 4H 2 O → Ni 0 + H 2 0 + O 2 0 + SO 4 2- + 2H + + 2H 2 O.

Endelig ligning:

NiSO 4 + 2H 2 O → Ni 0 + H 2 0 + O 2 0 + H 2 SO 4.

7. LøsningCH 3COONa

Vi beskriver dissociationen til ioner:
CH3COONa → CH3COO - + Na+

Natrium er i spændingsrækken før aluminium, derfor vil det ikke blive reduceret ved katoden (kationerne forbliver i opløsning). Ifølge reglen ovenfor reduceres kun brint ved katoden. Ved anoden vil oxidation af acetationer forekomme med dannelse af kuldioxid og fordobling af kulstofkæderesten:

TIL: 2Na+ (i opløsning)
2H2O + 2e → H20 + 2OH -
EN: 2CH3COO - -2e → CH3-CH3 + CO2

Da antallet af elektroner i oxidations- og reduktionsprocesserne er det samme, laver vi en opsummerende ligning:
2Na + + 2CH3 COO - + 2H 2 O → 2Na + + 2OH - + H 2 0 + CH 3 -CH 3 + CO 2

Vi forbinder kationer og anioner:
2CH3COONa + 2H2O → 2NaOH + H20 + CH3-CH3 + CO2.

8. LøsningH 2SO 4

Vi beskriver dissociationen til ioner:
H 2 SO 4 → 2H + + SO 4 2-

Af kationerne er der kun H+ kationer i opløsningen, og de vil blive reduceret til et simpelt stof. Vandoxidation vil ske ved anoden, da oxygenholdige sure rester i opløsninger ved anoden ikke oxideres.

TIL: 2H++2e → H2
EN: 2H20 - 4e → O2 + 4H+

Lad os udligne antallet af elektroner. For at gøre dette fordobler vi hver koefficient i ligningen for den katodiske proces:

TIL: 4H + +4e → 2H 2
EN: 2H20 - 4e → O2 + 4H+

Lad os opsummere venstre og højre side af ligningerne:
4H+ + 2H2O → 2H2 + O2 + 4H+

H+-kationer findes i begge sider af reaktionen, derfor skal de reduceres. Vi finder ud af, at i tilfælde af sure opløsninger er det kun H2O-molekyler, der gennemgår elektrolyse:
2H20 → 2H2 + O2.

9. LøsningNaOH

Vi beskriver dissociationen til ioner:
NaOH → Na + + OH -

Natrium er i spændingsrækken før aluminium, derfor vil det ikke blive reduceret ved katoden (kationerne forbliver i opløsning). Ifølge reglen reduceres kun brint ved katoden. Ved anoden vil hydroxidanioner oxidere og danne ilt og vand:

TIL: Na+ (i opløsning)
2H2O + 2e → H20 + 2OH -
EN: 4OH - - 4e → O2 + 2H2O

Vi udligner antallet af elektroner, der modtages og afgives ved elektroderne:

TIL: Na+ (i opløsning)
4H2O + 4e → 2H20 + 4OH -
EN: 4OH - - 4e → O2 + 2H2O

Lad os opsummere venstre og højre del af processerne:
4H 2 O + 4OH - → 2H 2 0 + 4OH - + O 2 0 + 2H 2 O

Ved at reducere 2H 2 O og OH - ioner får vi den endelige elektrolyseligning:
2H20 → 2H2 + O2.

Konklusion:
Under elektrolysen af ​​opløsninger af 1) oxygenholdige syrer;
2) alkalier;
3) salte af aktive metaller og oxygenholdige syrer
Elektrolyse af vand sker på elektroderne:
2H20 → 2H2 + O2.

Elektrolyse af opløsninger
og smeltede salte (2 timer)

Valgfag "Elektrokemi"

Mål med den første lektion:

FØRSTE LEKTIONSPLAN

1. Gentagelse af undersøgte metoder til at opnå metaller.

2. Forklaring af nyt materiale.

3. Løsning af problemer fra lærebogen af ​​G.E. Rudzitis, F.G. Feldman "Chemistry-9" (M.: Prosveshchenie, 2002), s. 120, nr. 1, 2.

4. Test af videnstilegnelse på testopgaver.

5. Rapport om brug af elektrolyse.

Mål med den første lektion: lære at skrive diagrammer til elektrolyse af opløsninger og smeltede salte og anvende den opnåede viden til at løse regneproblemer; fortsætte med at udvikle færdigheder i at arbejde med lærebogen og testmaterialer; diskutere brugen af ​​elektrolyse i samfundsøkonomien.

FREMSKRIDT I DEN FØRSTE LEKTION

Gentagelse af indlærte metoder opnå metaller ved at bruge eksemplet med kobberproduktion fra kobber(II)oxid.

Skriv ligningerne for de tilsvarende reaktioner:

En anden måde at opnå metaller fra opløsninger og smelter af deres salte er elektrokemisk, eller elektrolyse.

Elektrolyse er en redoxproces, der opstår ved elektroderne, når en elektrisk strøm ledes gennem en smelte- eller elektrolytopløsning.

Elektrolyse af natriumchloridsmelte:

NaCl Na + + Cl – ;

katode (–) (Na+): Na++ e=Na0,

anode (–) (Cl –): Cl – – e= C10, 2C10 = Cl2;

2NaCl = 2Na + Cl2.

Elektrolyse af natriumchloridopløsning:

NaCl Na + + Cl – ,

H2O H+ + OH –;

katode (–) (Na+; H+): H++ e= Ho, 2H0 = H2

(2H2O + 2 e= H2 + 2OH –),

anode (+) (Cl – ; OН –): Cl – – e= C10, 2C10 = Cl2;

2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2.

Elektrolyse af kobber(II)nitratopløsning:

Cu(NO3)2Cu2++

H2O H+ + OH –;

katode (–) (Cu 2+ ; H +): Cu 2+ + 2 e= Cu 0 ,

anode (+) (OH –): OH – – e=OH 0,

4H0 = O2 + 2H20;

2Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O = 2 Cu + O 2 + 4HNO 3.

Disse tre eksempler viser, hvorfor elektrolyse er mere rentabelt end andre metoder til fremstilling af metaller: metaller, hydroxider, syrer og gasser opnås.

Vi skrev elektrolysediagrammer, og lad os nu prøve at skrive elektrolyseligninger med det samme uden at henvise til diagrammerne, men kun ved at bruge ionaktivitetsskalaen:

Eksempler på elektrolyseligninger:

2HgS04 + 2H20 = 2Hg + O2 + 2H2S04;

Na2S04 + 2H2O = Na2S04 + 2H2 + O2;

2LiCl + 2H2O = 2LiOH + H2 + Cl2.

Problemløsning fra lærebogen af ​​G.E Rudzitis og F.G Feldman (9. klasse, s. 120, nr. 1, 2).

Opgave 1. Under elektrolyse af en opløsning af kobber(II)chlorid steg katodens masse med 8 g. Hvilken gas blev frigivet, hvad er dens masse?

Løsning

CuCl 2 + H 2 O = Cu + Cl 2 + H 2 O,

(Cu) = 8/64 = 0,125 mol,

(Cu) = (Cl 2) = 0,125 mol,

m(Cl2) = 0,125 71 = 8,875 g.

Svar. Gas – klor vejer 8.875 g.

Opgave 2. Under elektrolyse af en vandig opløsning af sølvnitrat blev 5,6 liter gas frigivet. Hvor mange gram metal er aflejret på katoden?

Løsning

4AgNO3 + 2H2O = 4Ag + O2 + 4HNO3,

(02) = 5,6/22,4 = 0,25 mol,

(Ag) = 4(O 2) = 4 25 = 1 mol,

m(Ag) = 1.107 = 107 g.

Svar. 107 g sølv.

Afprøvning

Mulighed 1

1. Under elektrolyse af en opløsning af kaliumhydroxid ved katoden frigives følgende:

a) hydrogen; b) oxygen; c) kalium.

2. Under elektrolysen af ​​en opløsning af kobber(II)sulfat i opløsning dannes følgende:

a) kobber(II)hydroxid;

b) svovlsyre;

3. Ved elektrolyse af en bariumchloridopløsning ved anoden frigives følgende:

a) hydrogen; b) chlor; c) oxygen.

4. Under elektrolysen af ​​smeltet aluminiumchlorid ved katoden frigives følgende:

a) aluminium; b) chlor;

c) elektrolyse er umulig.

5. Elektrolyse af en sølvnitratopløsning forløber i henhold til følgende skema:

a) AgN03 + H2O Ag + H2 + HNO3;

b) AgN03 + H20 Ag + O2 + HNO3;

c) AgNO3 + H2O AgNO3 + H2 + O2.

Mulighed 2

1. Ved elektrolyse af en natriumhydroxidopløsning ved anoden frigives følgende:

a) natrium; b) oxygen; c) hydrogen.

2. Under elektrolysen af ​​en opløsning af natriumsulfid i opløsning dannes følgende:

a) hydrosulfidsyre;

b) natriumhydroxid;

3. Under elektrolysen af ​​en smelte af kviksølv(II)chlorid ved katoden frigives følgende:

a) kviksølv; b) chlor; c) elektrolyse er umulig.

4.

5. Elektrolyse af en opløsning af kviksølv(II)nitrat forløber i henhold til følgende skema:

a) Hg(N03)2 + H2O Hg + H2 + HNO3;

b) Hg(N03)2 + H20 Hg + O2 + HNO3;

c) Hg(NO 3) 2 + H 2 O Hg(NO 3) 2 + H 2 + O 2.

Mulighed 3

1. Under elektrolyse af en opløsning af kobber(II)nitrat ved katoden frigives følgende:

a) kobber; b) oxygen; c) hydrogen.

2. Under elektrolysen af ​​en opløsning af lithiumbromid i opløsning dannes følgende:

b) hydrogenbromidsyre;

c) lithiumhydroxid.

3. Under elektrolysen af ​​smeltet sølvchlorid ved katoden frigives følgende:

a) sølv; b) chlor; c) elektrolyse er umulig.

4. Under elektrolysen af ​​en aluminiumchloridopløsning frigives aluminium til:

a) katode; b) anode; c) forbliver i opløsning.

5. Elektrolyse af en bariumbromidopløsning forløber i henhold til følgende skema:

a) BaBr2 + H2O Br2 + H2 + Ba(OH)2;

b) BaBr2 + H2O Br2 + Ba + H20;

c) BaBr 2 + H 2 O Br 2 + O 2 + Ba(OH) 2.

Mulighed 4

1. Under elektrolysen af ​​en bariumhydroxidopløsning ved anoden frigives følgende:

a) hydrogen; b) oxygen; c) barium.

2. Under elektrolysen af ​​en opløsning af kaliumiodid i opløsning dannes følgende:

a) hydroiodsyre;

b) vand; c) kaliumhydroxid.

3. Under elektrolysen af ​​smeltet bly(II)chlorid ved katoden frigives følgende:

a) bly; b) chlor; c) elektrolyse er umulig.

4. Under elektrolyse af en sølvnitratopløsning ved katoden frigives følgende:

a) sølv; b) hydrogen; c) oxygen.

5. Elektrolyse af en natriumsulfidopløsning forløber i henhold til følgende skema:

a) Na2S + H2OS + H2 + NaOH;

b) Na2S + H20H2 + O2 + Na2S;

c) Na2S + H2O H2 + Na2S + NaOH.

Svar

Mulighed Spørgsmål 1 Spørgsmål 2 Spørgsmål 3 Spørgsmål 4 Spørgsmål 5
1 EN b b EN b
2 b b EN EN b
3 EN V EN V EN
4 b V EN EN EN

Anvendelse af elektrolyse i den nationale økonomi

1. For at beskytte metalprodukter mod korrosion påføres et tyndt lag af et andet metal på deres overflade: krom, sølv, guld, nikkel osv. Nogle gange, for ikke at spilde dyre metaller, fremstilles en flerlagsbelægning. For eksempel bliver de udvendige dele af en bil først belagt med et tyndt lag kobber, et tyndt lag nikkel påføres kobberet, og et lag krom påføres det.

Når belægninger påføres metal ved elektrolyse, er de jævne i tykkelse og holdbare. På denne måde kan du belægge produkter af enhver form. Denne gren af ​​anvendt elektrokemi kaldes galvanisering.

2. Ud over at beskytte mod korrosion giver galvaniske belægninger et smukt dekorativt udseende til produkterne.

3. En anden gren af ​​elektrokemi, der i princippet ligner galvanisering, kaldes galvanoplastik. Det er processen med at lave nøjagtige kopier af forskellige genstande. For at gøre dette er objektet belagt med voks, og der opnås en matrix. Alle fordybninger af det kopierede objekt på matrixen vil være buler. Overfladen af ​​voksmatricen er belagt med et tyndt lag grafit, hvilket gør den ledende til elektrisk strøm.

Den resulterende grafitelektrode nedsænkes i et bad af kobbersulfatopløsning. Anoden er kobber. Under elektrolyse opløses kobberanoden, og kobber aflejres på grafitkatoden. På denne måde opnås en nøjagtig kobberkopi.

Galvanisering bruges til at trykke klicheer, grammofonplader og metallisere forskellige genstande. Galvanoplastik blev opdaget af den russiske videnskabsmand B.S. Jacobi (1838).

At lave rekordstempler involverer at påføre en tynd sølvbelægning på en plastikplade for at gøre den elektrisk ledende. En elektrolytisk nikkelbelægning påføres derefter pladen.

Hvad skal pladen i elektrolysebadet være lavet af - anode eller katode?

(O t v e t. Katode.)

4. Elektrolyse bruges til at fremstille mange metaller: alkali, jordalkali, aluminium, lanthanider osv.

5. For at rense nogle metaller fra urenheder forbindes metallet med urenheder til anoden. Metallet opløses under elektrolyse og frigives ved metalkatoden, mens urenheden forbliver i opløsning.

6. Elektrolyse bruges i vid udstrækning til fremstilling af komplekse stoffer (alkalier, oxygenholdige syrer) og halogener.

 Praktisk arbejde
(anden lektion)

Lektionens mål. Udfør elektrolyse af vand, demonstrer galvanostegi i praksis, og konsolider den viden, der er opnået i den første lektion.

Udstyr.På elevernes skriveborde: fladt batteri, to ledninger med terminaler, to grafitelektroder, et bægerglas, reagensglas, et stativ med to ben, en 3% natriumsulfatopløsning, en alkohollampe, tændstikker, en lommelygte.

På lærerens skrivebord: det samme + opløsning af kobbersulfat, messingnøgle, kobberrør (stykke kobber).

Undervisning af elever

1. Fastgør ledningerne med terminaler til elektroderne.

2. Læg elektroderne i et glas, så de ikke rører ved hinanden.

3. Hæld elektrolytopløsning (natriumsulfat) i et glas.

4. Hæld vand i reagensglassene, og sænk dem på hovedet ned i et glas med elektrolyt, sæt dem på grafitelektroderne en efter en, og fastgør den øverste kant af reagensglasset i stativbenet.

5. Efter enheden er monteret, fastgør enderne af ledningerne til batteriet.

6. Observer frigivelsen af ​​gasbobler: mindre af dem frigives ved anoden end ved katoden. Efter næsten alt vandet i det ene reagensglas er erstattet af den frigivne gas, og i den anden halvdel skal du afbryde ledningerne fra batteriet.

7. Tænd spritlampen, fjern forsigtigt reagensglasset, hvor vandet næsten er blevet fortrængt, og bring det til spritlampen - der høres en karakteristisk gasknap.

8. Tænd en fakkel. Fjern det andet reagensglas og kontroller gassen med en ulmende fakkel.

Elevopgaver

1. Skitsér enheden.

2. Skriv en ligning for elektrolyse af vand og forklar, hvorfor det var nødvendigt at udføre elektrolyse i en opløsning af natriumsulfat.

3. Skriv reaktionsligninger, der afspejler frigivelsen af ​​gasser ved elektroderne.

Lærer demonstrationseksperiment
(kan udføres af de bedste elever i klassen
hvis passende udstyr er tilgængeligt)

1. Tilslut ledningsterminalerne til kobberrøret og messingnøglen.

2. Anbring røret og nøglen i et glas med en opløsning af kobber(II)sulfat.

3. Forbind de andre ender af ledningerne til batteriet: "minus" af batteriet til kobberrøret, "plus" til nøglen!

4. Observer frigivelsen af ​​kobber på overfladen af ​​nøglen.

5. Efter at have afsluttet eksperimentet, skal du først afbryde polerne fra batteriet og derefter fjerne nøglen fra opløsningen.

6. Adskil elektrolysekredsløbet med en opløselig elektrode:

CuS04 = Cu2++

anode (+): Cu 0 – 2 e= Cu 2+ ,

katode (–): Cu 2+ + 2 e= Cu 0 .

Den overordnede ligning for elektrolyse med en opløselig anode kan ikke skrives.

Elektrolyse blev udført i en opløsning af kobber(II)sulfat, fordi:

a) en elektrolytopløsning er nødvendig for at elektrisk strøm kan flyde, fordi vand er en svag elektrolyt;

b) der frigives ingen reaktionsbiprodukter, men kun kobber ved katoden.

7. For at konsolidere det lærte, skriv et diagram over elektrolysen af ​​zinkchlorid med kulelektroder:

ZnCl 2 = Zn 2+ + 2Cl – ,

katode (–): Zn 2+ + 2 e= Zn 0 ,

2H2O+2 e= H 2 + 2OH – ,

anode (+): 2Cl – – 2 e=Cl2.

Den overordnede reaktionsligning kan ikke skrives i dette tilfælde, fordi det er uvist, hvilken del af den samlede mængde elektricitet, der går til restaurering af vand, og hvilken del, der går til reduktion af zinkioner.
Skema for demonstrationseksperimentet

Lektier

1. Skriv en ligning for elektrolyse af en opløsning indeholdende en blanding af kobber(II)nitrat og sølvnitrat med inerte elektroder.

2. Skriv ligningen for elektrolyse af natriumhydroxidopløsning.

3. For at rense en kobbermønt skal den ophænges i en kobbertråd forbundet til batteriets negative pol og nedsænkes i en 2,5% NaOH-opløsning, hvor en grafitelektrode, der er forbundet til batteriets pluspol, også skal nedsænkes. Forklar, hvordan mønten bliver ren. ( Svar. Reduktionen af ​​hydrogenioner sker ved katoden:

2H++ 2 e= N 2.

Brint reagerer med kobberoxid placeret på overfladen af ​​mønten:

CuO + H2 = Cu + H2O.

Denne metode er bedre end rengøring med pulver, fordi... Mønten er ikke slettet.)

Elektrolyse er en redoxreaktion, der opstår på elektroder, når en jævn elektrisk strøm ledes gennem en smelte- eller elektrolytopløsning.

Katoden er et reduktionsmiddel og giver elektroner til kationer.

Anoden er et oxidationsmiddel og accepterer elektroner fra anioner.

Aktivitetsrække af kationer:

Na + , Mg 2+ , Al 3+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ , H+ Cu2+, Ag+

_____________________________→

Øget oxidativ kapacitet

Anion aktivitetsserie:

I-, Br-, Cl-, OH-, NO 3-, CO 3 2-, SO 4 2-

←__________________________________

Øget restitutionsevne

Processer, der forekommer på elektroder under elektrolyse af smelter

(afhænger ikke af elektrodernes materiale og ionernes beskaffenhed).

1. Anioner udledes ved anoden ( A m-; Åh-

A m - - m ē → A °; 4 OH - - 4ē → O 2 + 2 H 2 O (oxidationsprocesser).

2. Kationer udledes ved katoden ( Me n+, H+ ), bliver til neutrale atomer eller molekyler:

Me n + + n ē → Me °; 2H+ + 2ē → H20 (gendannelsesprocesser).

Processer, der forekommer på elektroder under elektrolyse af opløsninger

KATODE (-)

Afhænger ikke af katodematerialet; afhænge af metallets position i spændingsserien

ANODE (+)

Afhænger af anodematerialet og anionernes beskaffenhed.

Anoden er uopløselig (inert), dvs. fremstillet af kul, grafit, platin, guld.

Anoden er opløselig (aktiv), dvs. fremstillet afCu, Ag, Zn, Ni, Feog andre metaller (undtagenPt, Au)

1.Først og fremmest reduceres metalkationer, der er i rækken af ​​spændinger efterH 2 :

Me n+ +nē → Me°

1. Først og fremmest oxideres anionerne af iltfrie syrer (undtagenF - ):

A m- - mē → A°

Anioner oxiderer ikke.

Metalatomerne i anoden oxideres:

Me° - nē → Me n+

Mænd + kationer gå i løsning.

Anodens masse falder.

2.Metalkationer med middel aktivitet, stående imellemAl Og H 2 , genoprettes samtidigt med vand:

Me n+ + nē →Me°

2H 2 O + 2ē → H 2 + 2OH -

2. Oxosyreanioner (SÅ 4 2- , CO 3 2- ,..) Og F - oxiderer ikke, molekyler oxideresH 2 O :

2H2O - 4° → O2 +4H+

3. Kationer af aktive metaller fraLi Før Al (inklusive) reduceres ikke, men molekyler reduceresH 2 O :

2 H2O + 2ē →H2 + 2OH -

3. Under elektrolysen af ​​alkaliopløsninger oxideres ionerÅh- :

4OH - - 4ē → O2 +2H2O

4. Under elektrolysen af ​​sure opløsninger reduceres kationer H+:

2H+ + 2ē → H20

ELEKTROLYSE AF SMELT

Øvelse 1. Lav et skema for elektrolyse af smeltet natriumbromid. (Algorithme 1.)

Sekvensering

Udførelse af handlinger

NaBr → Na + + Br -

K- (katode): Na+,

A+ (anode): Br -

K+: Na+ + 1ē → Na 0 (genopretning),

A + : 2 Br - - 2ē → Br 2 0 (oxidation).

2NaBr = 2Na +Br2

Opgave 2. Lav et skema for elektrolyse af smeltet natriumhydroxid. (Algorithme 2.)

Sekvensering

Udførelse af handlinger

NaOH → Na + + OH -

2. Vis ionernes bevægelse til de tilsvarende elektroder

K- (katode): Na+,

A+ (anode): OH-.

3. Lav diagrammer over oxidations- og reduktionsprocesser

K-: Na + + 1ē → Na 0 (genopretning),

A+: 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2 (oxidation).

4. Lav en ligning for elektrolyse af smeltet alkali

4NaOH = 4Na + 2H2O + O2

Opgave 3.Lav et skema for elektrolyse af smeltet natriumsulfat. (Algorithme 3.)

Sekvensering

Udførelse af handlinger

1. Lav en ligning for dissociationen af ​​salt

Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2-

2. Vis ionernes bevægelse til de tilsvarende elektroder

K- (katode): Na+

A+ (anode): SO 4 2-

K - : Na + + 1ē → Na 0 ,

A + : 2SO 4 2- - 4ē → 2SO 3 + O 2

4. Lav en ligning for elektrolyse af smeltet salt

2Na2SO4 = 4Na + 2SO3 + O2

ELEKTROLYSE AF LØSNINGER

Øvelse 1.Lav et skema for elektrolyse af en vandig opløsning af natriumchlorid ved hjælp af inerte elektroder. (Algorithme 1.)

Sekvensering

Udførelse af handlinger

1. Lav en ligning for dissociationen af ​​salt

NaCl → Na + + Cl -

Natriumioner i opløsningen reduceres ikke, så vandet reduceres. Klorinioner oxideres.

3. Lav diagrammer over processerne for reduktion og oxidation

K - : 2H2O + 2ē → H2 + 2OH -

A + : 2Cl - - 2ē → Cl 2

2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH

Opgave 2.Udarbejd et skema for elektrolyse af en vandig opløsning af kobbersulfat ( II ) ved hjælp af inerte elektroder. (Algorithme 2.)

Sekvensering

Udførelse af handlinger

1. Lav en ligning for dissociationen af ​​salt

CuSO 4 → Cu 2+ + SO 4 2-

2. Vælg de ioner, der skal aflades ved elektroderne

Kobberioner reduceres ved katoden. Ved anoden i en vandig opløsning oxideres sulfationer ikke, så vand oxideres.

3. Lav diagrammer over processerne for reduktion og oxidation

K - : Cu 2+ + 2ē → Cu 0

A+: 2H2O - 4ē → O2 +4H+

4. Lav en ligning for elektrolyse af en vandig saltopløsning

2CuSO4 +2H2O = 2Cu + O2 + 2H2SO4

Opgave 3.Udarbejd et skema for elektrolyse af en vandig opløsning af en vandig opløsning af natriumhydroxid ved hjælp af inerte elektroder. (Algorithme 3.)

Sekvensering

Udførelse af handlinger

1. Lav en ligning for dissociationen af ​​alkali

NaOH → Na + + OH -

2. Vælg de ioner, der skal aflades ved elektroderne

Natriumioner kan ikke reduceres, så vand reduceres ved katoden. Hydroxidioner oxideres ved anoden.

3. Lav diagrammer over processerne for reduktion og oxidation

K - : 2 H 2 O + 2ē → H 2 + 2 OH -

A+: 4 OH - - 4ē → 2 H 2 O + O 2

4. Opstil en ligning for elektrolyse af en vandig alkaliopløsning

2H20 = 2H2 + O2 , dvs. Elektrolyse af en vandig alkaliopløsning reduceres til elektrolyse af vand.

Husk.Under elektrolyse af oxygenholdige syrer (H 2 SO 4, etc.), baser (NaOH, Ca (OH) 2, etc.) , salte af aktive metaller og oxygenholdige syrer(K 2 SO 4 osv.) Elektrolyse af vand sker på elektroderne: 2H20 = 2H2 + O2

Opgave 4.Lav et skema for elektrolyse af en vandig opløsning af sølvnitrat ved hjælp af en anode lavet af sølv, dvs. anoden er opløselig. (Algorithme 4.)

Sekvensering

Udførelse af handlinger

1. Lav en ligning for dissociationen af ​​salt

AgNO 3 → Ag + + NO 3 -

2. Vælg de ioner, der skal aflades ved elektroderne

Sølvioner reduceres ved katoden, og sølvanoden opløses.

3. Lav diagrammer over processerne for reduktion og oxidation

K - : Ag + + 1ē→ Ag 0;

A+: Ag 0 - 1ē→ Ag +

4. Lav en ligning for elektrolyse af en vandig saltopløsning

Ag + + Ag 0 = Ag 0 + Ag + elektrolyse bunder i overførsel af sølv fra anoden til katoden.