blank

Электролиз расплавов и растворов. Задание 22 по химии ЕГЭ.

Мы начинаем серию статей детального рассмотрения заданий из ЕГЭ по химии 2020, «подводных камней» и теоретических основ для успешного прохождения каждого задания. Для более эффективного изучения темы информация будет даваться блоками. То есть задания 30, 21 будут рассматриваться в одном блоке, задания 24, 20 –также в одном блоке и так далее.

Сегодня мы приступаем к задачам 22-23. 

22 задание егэ химия которого проверяет знания по электролизу расплавов и растворов. 

Что такое электролиз? Это совокупность процессов, протекающих при прохождении постоянного электрического тока через систему, состоящую из двух электродов и раствора или расплава электролита.  А вот электролиты-это вещества (растворы, расплавы) которых проводят электрически ток. Электролиты в расплавах и растворах диссоциируют на ионы. При это в расплавах существуют только ионы, получаемые только при диссоциации молекул растворенного вещества, в то время как в растворах – ионы, получаемые при диссоциации растворенного вещества, равно как и ионы, образующиеся при диссоциации молекул растворителя – воды.

Процесс электролиза происходит при опущенных в ванну с раствором или расплавом электролита стержнях-электродах, подключенных к сети постоянного тока. Стержни могут быть выполнены из различных материалов (платина, графит, уголь). От этого зависит и инертность электродов, то есть участвуют ли они непосредственно в реакции или нет. Мы чуть ниже рассмотрит это более подробно.

Выбор материала для электрода определяется техническими задачами, поскольку иногда необходимо участие электрода в происходящем химическом  преобразовании, а иногда к нему предъявляется требование инертности ( кстати, в 21 задании ученики с 98% вероятностью столкнуться только с инертными электродами). 

Схема процесса:

  1. Один из электродов подключают к положительному полюсу внешнего источника постоянного тока, он служит анодом, а другой электрод, подключенный к отрицательному полюсу служит катодом. 
  2. В процессе электролиза к положительному электроду-аноду направляются отрицательно заряженные ионы-анионы, отдающие электроны, что характеризует процесс окисления.
  3. К отрицательно заряженному катоду поступают положительно заряженные ионы-катионы, присоединяющие электроны, то есть на катоде происходит процесс восстановления
  4. В результате электролиза на аноде и катоде выделяются соответствующие продукты окисления и восстановления, а в электролизёре остаются ионы, не участвующие в электродных процессах, что приводит к образованию вторичных продуктов электролиза.

Важно! Окислительно-восстановительное действие электрического тока может быть во много раз сильнее действия химических окислителей и восстановителей. Регулируя напряжение на электродах, можно создать окислители и восстановители любой силы.

Мы не будем в этой статье подробно углубляться в математическое выражение законов Фарадея (точнее вообще не будем рассматривать), но попробуем подробно рассмотреть качественную сторону процесса электролиза. Она зависит от многих обстоятельств: химического состава электролита, его состояния (расплав, раствор), материала электродов.

Например, у нас есть расплав хлорида натрия. Рассмотрим его электролиз. 

Катод:                                                  Катод:                                          

Na++e=Na0                                                      2Cl- -2e=Cl20

В случае электролиза растворов, наряду с ионами растворенного вещества. Присутствуют ионы водорода и гидрокси-группы. При этом на катод в процессе электролиза направляются катионы металла и протоны, а на анод-анионы молекул растворенного вещества и OH— .

Процесс восстановления на катоде связан с тем, насколько активен металл, образующий катион.

В первую очередь на катоде восстанавливаются металлы, стоящие в ряду напряжения справа от водорода ( Au, Pt, Hg, Ag, Cu). Поэтому в случае электролиза растворов солей этих металлов на катоде выделяются металлы в свободном состоянии.

Если электролизу подвергаются соли активных металлов, стоящих в ряду напряжения слева от водорода, от лития до алюминия включительно, они не восстанавливаются на катоде, вместо них восстанавливаются катионы водорода из воды по схеме 2H+ +2e=Hс выделением свободного водорода.

Катионы металлов, стоящих в ряду справа от алюминия до водорода, также, как и металлы, стоящие в ряду напряжений справа от водорода, восстанавливаются на катоде по схеме: Me n+ +ne=Me0

Анодный процесс, в котором участвуют анионы соли и гидроксил ОН воды, зависит от природы аниона соли и материала, из которого сделан анод. 

При электролизе могут быть использованы два типа анодных электродов-активные (расходуемые) и инертные (нерасходуемые). Активные аноды окисляются, переходя в раствор в виде ионов, при этом расходуется материал, из которого анод изготовлен, поэтому еще одно название таких электродов-растворимые.

Например, при электролизе водного раствора сульфата меди с медным анодом на аноде идет процесс Cu — 2e=Cu2+ в то время как на катоде восстановление ионов меди Сu2+ + 2e=Cu, электролиз сводится к переносу меди с анода на катод. Такого рода процессы применяются активно в металлургии, для рафинирования металлов, в частности, для получения чистой электротехнической меди.

Инертные (нерасходуемые) или нерастворимые аноды изготавливаются из материалов, которые при электролизе не подвергаются окислению, обычно из графита-угольные или из платины-платиновые. 

Бескислородные анионы, крое фтор-аниона, будут окисляться в первую очередь, при этом из анионов хлора, брома и серы образуются соответственно хлор бром и сера. 

Если же анионы соли содержат кислород, они не участвуют в электродном процессе тогда, когда неметалл кислотного остатка имеет максимальную степень окисления. При этом разряжаются ионы ОН— воды с образованием кислорода по схеме: 4OH-4e → O+2H2O

Атомы, содержащие неметалл в промежуточной степени окисления, сами окисляются на аноде, например:

NO2- + H2O –e = NO3- + 2H+

Оставшиеся в растворе ионы, не разрядившиеся ни на катоде, ни на аноде, являются вторичными продуктами электролиза.

А теперь попробуйте для закрепления прочитанного материала решить задачу (это вариант 22 задания егэ по химии):

Установите соответствие между наименованием соли и продуктами электролиза водного раствора этой соли, выделившихся на инертных электродах.

СольПроцесс на инертном электроде
А) сульфат цинка1.  Cl2 Cu
Б) хлорид меди2. H2, O2
В) фторид калия3.  H2, F2
Г) нитрат магния4. H2 NO2
5. Zn, SO2