Электролиз растворов и расплавов: таблица продуктов
При электролизе раствора с инертными электродами на катоде выделяется металл (после водорода в ряду напряжений), металл и водород (от Mn до Pb) или только водород (от Li до Al). На аноде — галоген или сера из бескислородного аниона, а из кислородсодержащего — кислород.
Что выделяется на катоде и аноде: таблица правил
| Электрод | Что в растворе | Что выделяется | Пример |
|---|---|---|---|
| Катод (−) | катионы активных металлов от Li до Al: Li^(+), K^(+), Ba^(2+), Ca^(2+), Na^(+), Mg^(2+), Al^(3+) | водород; у катода копятся ионы OH^(−) | 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH− |
| Катод (−) | катионы металлов средней активности от Mn до Pb: Mn^(2+), Zn^(2+), Cr^(3+), Fe^(2+), Ni^(2+), Sn^(2+), Pb^(2+) | металл и водород одновременно | Zn2+ + 2e → Zn и 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH− |
| Катод (−) | катионы неактивных металлов после водорода: Cu^(2+), Ag^(+), Hg^(2+), Au^(3+) | только металл | Cu2+ + 2e → Cu |
| Катод (−) | ионы H^(+) кислоты | водород | 2H+ + 2e → H2↑ |
| Анод (+) | бескислородные анионы, кроме F^(−): Cl^(−), Br^(−), I^(−), S^(2−) | галоген или сера | 2Cl− − 2e → Cl2↑ |
| Анод (+) | кислородсодержащие анионы SO_4^(2−), NO_3^(−), CO_3^(2−), PO_4^(3−) и фторид F^(−) | кислород; у анода копятся ионы H^(+) | 2H2O − 4e → O2↑ + 4H+ |
| Анод (+) | гидроксид-ионы OH^(−) щёлочи | кислород и вода | 4OH− − 4e → O2↑ + 2H2O |
| Анод (+) | анионы карбоновых кислот RCOO^(−) | углеводород R–R и CO_2 | 2CH3COO− − 2e → C2H6↑ + 2CO2↑ |
Правила — для инертных электродов (графит, платина), как в заданиях ЕГЭ. Растворимый анод, например медный, сам окисляется и переходит в раствор: так очищают медь.
Как пользоваться таблицей?
Продукты электролиза раствора определяют по двум правилам: на катоде решает место катиона в ряду напряжений металлов, на аноде — состав аниона. Первая таблица — эти правила, вторая — готовые продукты и уравнения для частых веществ с поиском по формуле. Ниже — расплавы, где вода не участвует и всё проще.
Скачать PDFА4, 2 листа, 207 КБ: таблица для печати и QR-код на эту страницу
Электролиз водных растворов: продукты для частых веществ
Этого вещества в таблице нет. Определите продукты по правилам первой таблицы: катион — по ряду напряжений, анион — бескислородный или кислородсодержащий.
| Раствор | Катод | Анод | Суммарное уравнение |
|---|---|---|---|
| NaCl | H_2 | Cl_2 | 2NaCl + 2H2O → H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH |
| KCl | H_2 | Cl_2 | 2KCl + 2H2O → H2↑ + Cl2↑ + 2KOH |
| KBr | H_2 | Br_2 | 2KBr + 2H2O → H2↑ + Br2 + 2KOH |
| KI | H_2 | I_2 | 2KI + 2H2O → H2↑ + I2 + 2KOH |
| CuCl2 | Cu | Cl_2 | CuCl2 → Cu + Cl2↑ |
| CuSO4 | Cu | O_2 | 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + O2↑ + 2H2SO4 |
| Cu(NO3)2 | Cu | O_2 | 2Cu(NO3)2 + 2H2O → 2Cu + O2↑ + 4HNO3 |
| AgNO3 | Ag | O_2 | 4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + O2↑ + 4HNO3 |
| ZnSO4 | Zn и H_2 | O_2 | на катоде идут две реакции, соотношение зависит от условий |
| ZnCl2 | Zn и H_2 | Cl_2 | на катоде идут две реакции, соотношение зависит от условий |
| NiSO4 | Ni и H_2 | O_2 | на катоде идут две реакции, соотношение зависит от условий |
| Na2SO4 | H_2 | O_2 | 2H2O → 2H2↑ + O2↑ (разлагается вода) |
| KNO3 | H_2 | O_2 | 2H2O → 2H2↑ + O2↑ (разлагается вода) |
| NaOH | H_2 | O_2 | 2H2O → 2H2↑ + O2↑, концентрация щёлочи растёт |
| H2SO4 | H_2 | O_2 | 2H2O → 2H2↑ + O2↑, концентрация кислоты растёт |
| HCl | H_2 | Cl_2 | 2HCl → H2↑ + Cl2↑ |
| CH3COONa | H_2 | C_2 H_6 и CO_2 | 2CH3COONa + 2H2O → C2H6↑ + 2CO2↑ + H2↑ + 2NaOH |
Если в растворе остаются только ионы активного металла и кислородсодержащего аниона (Na_2 SO_4, KNO_3), электролиз сводится к разложению воды: соль лишь проводит ток.
Электролиз расплавов
| Расплав | Катод | Анод | Уравнение |
|---|---|---|---|
| NaCl | Na | Cl_2 | 2NaCl → 2Na + Cl2↑ |
| KCl | K | Cl_2 | 2KCl → 2K + Cl2↑ |
| MgCl2 | Mg | Cl_2 | MgCl2 → Mg + Cl2↑ |
| CaCl2 | Ca | Cl_2 | CaCl2 → Ca + Cl2↑ |
| NaOH | Na | O_2 и H_2 O | 4NaOH → 4Na + O2↑ + 2H2O |
| Al2O3 в криолите | Al | O_2 | 2Al2O3 → 4Al + 3O2↑ |
В расплаве нет воды, поэтому на катоде всегда восстанавливается металл, а на аноде окисляется анион. Так получают самые активные металлы: натрий, калий, кальций, магний и алюминий.
Что такое электролиз?
Электролиз — окислительно-восстановительный процесс, который идёт на электродах, когда через раствор или расплав электролита пропускают постоянный ток. Катод подключён к минусу источника: на нём катионы или молекулы воды принимают электроны, то есть восстанавливаются. Анод подключён к плюсу: на нём анионы или вода отдают электроны и окисляются.
Запомнить помогает пара «катод — катионы — восстановление». Электролиз не идёт сам: энергию даёт источник тока, поэтому так можно получать вещества, которые не образуются в обычных реакциях, например металлический натрий или фтор.
Чем электролиз раствора отличается от электролиза расплава?
В растворе с ионами соли соревнуется вода: она тоже может восстанавливаться на катоде (до водорода) и окисляться на аноде (до кислорода). Поэтому при электролизе раствора NaCl натрий не получается — на катоде выделяется водород, а в растворе остаётся щёлочь. В расплаве воды нет, и тот же хлорид натрия даёт металлический натрий и хлор.
Как составить уравнение электролиза водного раствора?
- Катион. Найдите металл в ряду напряжений: до алюминия включительно — на катоде водород, от марганца до свинца — металл и водород, после водорода — только металл.
- Анион. Бескислородный (кроме F^(−)) окисляется сам, кислородсодержащий и фторид остаются в растворе — окисляется вода с выделением кислорода.
- Что осталось в растворе. Соберите оставшиеся ионы: OH^(−) у катода с катионом активного металла дают щёлочь, H^(+) у анода с кислородсодержащим анионом — кислоту.
- Уравнение. Сложите полуреакции так, чтобы число отданных и принятых электронов совпало, и допишите воду.
Что получают электролизом?
Электролизом расплавов получают алюминий (из оксида алюминия в расплаве криолита), натрий, калий, кальций и магний. Электролизом раствора хлорида натрия в промышленности получают сразу три продукта: хлор, водород и гидроксид натрия. Кроме того, электролизом очищают медь (рафинирование на медном аноде), покрывают изделия слоем никеля, хрома или серебра и делают точные металлические копии предметов — гальванопластикой.
Проверь себя
Что выделится на электродах: 5 вопросов, от простых к трудным. Как в задании 20: по формуле соли назвать продукты на катоде и аноде.
Дальше — задание 20 по химии. Электролиз растворов и расплавов — 22 задания с проверкой, без регистрации.
Задача ЕГЭ по этой таблице
Задание 20 ЕГЭ по химии. Пригодятся строки первой таблицы: катион металла ищите в ряду напряжений, анион — среди бескислородных или кислородсодержащих.
-
Задание 1 из 2
Из предложенного перечня выберите два вещества, при электролизе водного раствора которых на катоде выделяется металл. 1) NaCl 2) CuSO₄ 3) KOH 4) AgNO₃ 5) H₂SO₄ Запишите номера выбранных ответов в порядке возрастания.
Показать ответ
-
Задание 2 из 2
При электролизе водного раствора NaCl с инертными электродами на аноде выделяется газ X, а в прикатодном пространстве накапливается вещество Y. Определите X и Y. 1) X — Cl₂, Y — NaOH 2) X — O₂, Y — NaOH 3) X — Cl₂, Y — Na 4) X — O₂, Y — Na 5) X — H₂, Y — NaCl Запишите номер верного ответа.
Показать ответ
Задания не загрузились. Обновите страницу или откройте тренажёр.
Задание дня ЕГЭ — каждый день одно новое: решить сегодняшнее · напоминание в Telegram раз в день
Как это спрашивают на ЕГЭ и ОГЭ?
Продукты электролиза спрашивает задание 20: по формуле соли нужно определить продукт на катоде или аноде, чаще — для четырёх растворов сразу. Расчёты по уравнению электролиза встречаются в задаче 34.
- Задание 20 ЕГЭ: электролиз растворов и расплавовПродукт на катоде или аноде для раствора соли, кислоты или щёлочи.
- Задание 34 ЕГЭ: комбинированная расчётная задачаМасса выделившегося металла или объём газа, состав раствора после электролиза.
- Задание 29 ЕГЭ: окислительно-восстановительная реакцияЭлектронный баланс — тот же приём, что при сложении полуреакций на электродах.
Потренироваться на заданиях
Таблица помогает найти ответ, тренажёр — научиться находить его самому. В кабинете НейроМиши задания ЕГЭ с проверкой и разбором ошибки. Начать можно без регистрации.
Вопросы и ответы
Почему при электролизе раствора NaCl не выделяется натрий?
Натрий слишком активен: молекулы воды восстанавливаются легче его ионов. На катоде выделяется водород, а натрий остаётся в растворе ионами и вместе с OH^(−) образует щёлочь. Металлический натрий получают только из расплава.
Что выделяется при электролизе воды?
Водород на катоде и кислород на аноде в объёмном отношении 2 : 1. Чистая вода почти не проводит ток, поэтому в неё добавляют электролит, ионы которого не разряжаются: Na_2 SO_4, KNO_3, NaOH или H_2 SO_4.
Как меняется среда раствора при электролизе?
Если на катоде выделяется водород, у него копятся ионы OH^(−) и среда становится щелочной. Если на аноде выделяется кислород, копятся ионы H^(+) — среда кислая. При электролизе CuSO_4 образуется серная кислота, при электролизе NaCl — щёлочь.
Что такое инертный электрод?
Электрод, который сам не участвует в реакции: графит, платина. Если в задаче тип анода не указан, считайте его инертным. Растворимый анод (медь, никель) окисляется и переходит в раствор вместо анионов.
Источники
- ФИПИ: кодификатор и спецификация ЕГЭ по химии — элемент содержания «Электролиз расплавов и растворов солей, щелочей, кислот»; задание 20
- Н. Е. Кузьменко, В. В. Ерёмин, В. А. Попков. Начала химии (М.: Экзамен) — глава об электролизе: ряд напряжений, правила разрядки ионов на электродах