Изменение электролизом веществ

Катодные процессы (К-)
Катионы активных металлов	Катионы менее активных металлов	Катионы неактивных металлов
Li+, Cs+, Rb+, K+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Na+, Mg2+, Be2+, Al3+	Mn2+, Cr3+, Zn2+, Ga3+, Fe2+, Cd2+, In3+, Tl+, Co2+, Ni2+, Mo4+, Sn2+, Pb2+	Bi3+, Cu2+, Ag+, Hg2+, Pd3+, Pt2+, Au3+
Тяжело разряжаются (только из расплавов), в водном растворе электролизу подвергается вода с выделением водорода расплав Na+ + 1e = Na0 раствор 2H2O + 2e = H2 + 2OH−	В водном растворе восстанавливается металл (при малой концентрации катионов в растворе — металл и водород) Zn2+ + 2e = Zn0 2H2O + 2e = H2 + 2OH−	Легко разряжаются и восстанавливается только металл Cu2+ + 2e = Cu0
Анодные процессы (А+)
Анионы кислородсодержащих кислот и фторид-ион	Гидроксид-ионы; анионы бескислородных кислот (кроме F−)
PO43−, CO32−, SO42−, NO3−, NO2−, ClO4−, F−	OH−, Cl−, Br−, I−, S2−
Тяжело разряжаются (только из расплавов), в водном растворе электролизу подвергается вода с выделением кислорода расплав 2SO42− −4e =2SO3+O2 раствор 2H2O — 4e = O2 + 4H+	Легко разряжаются Cl− — 1e = Cl0; Cl0+Cl0=Cl2 4OH− −4e =2H2O + O2

Расплавы

Растворы

1) Активные металлы 1.Соль активного металла и бескислородной кислоты NaCl ↔ Na+ + Cl− K"катод"(-): Na+ + 1e = Na0 A"анод"(+): Cl− — 1e = Cl0; Cl0+Cl0=Cl2 Вывод: 2NaCl → (электролиз) 2Na + Cl2 2.Соль активного металла и кислородосодержащей кислоты Na2SO4↔2Na++SO42− K(-): 2Na+ +2e =2Na0 A(+): 2SO42− −4e =2SO3+O2 Вывод: 2Na2SO4 → (электролиз) 4Na + 2SO3 + O2 3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион NaOH ↔ Na+ + OH− K(-): Na+ +1e =Na0 A(+): 4OH− −4e =2H2O + O2 Вывод: 4NaOH → (электролиз) 4Na + 2H2O + O2 2) Менее активные металлы Точно так же 3) Неактивные металлы Точно так же

1) Активные металлы 1.Соль активного металла и бескислородной кислоты NaCl ↔ Na+ + Cl− K"катод"(-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH− A"анод"(+): Cl− — 1e = Cl0; Cl0+Cl0=Cl2 Вывод: 2NaCl + 2H2O(электролиз) → H2 + Cl2 +2NaOH 2.Соль активного металла и кислородсодержащей кислоты Na2SO4↔2Na++SO42− K(-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH− A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4H+ Вывод: 2H2O (электролиз) → 2H2 + O2 3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион NaOH ↔ Na+ + OH− K(-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH− A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4Н+ Вывод: 2H2O (электролиз) → 2H2 + O2 2) Менее активные металлы 1.Соль менее активного металла и бескислородной кислоты ZnCl2 ↔ Zn2+ + 2Cl− K"катод"(-): Zn2+ + 2e = Zn0 2H2O+2e-=H2+2OH- A"анод"(+): 2Cl− — 2e = 2Cl0 Вывод: ZnCl2 (электролиз) → Zn + Cl2 2.Соль менее активного металла и кислородсодержащей кислоты ZnSO4 ↔ Zn2++SO42− K(-): Zn2+ + 2e = Zn0 A(+): 2H2O — 4e = O2 + 4Н+ Вывод: 2ZnSO4 + 2H2O(электролиз) → 2Zn + 2H2SO4 + O2 3. Гидроксид: невозможно (нерастворим) 3) Неактивные металлы Точно так же

 

Дополнительно о реакциях электролиза

В том случае, когда металл расположен в средней части ряда напряжения (от цинка до водорода) на катоде одновременно протекают два процесса: восстановление катиона металла и восстановление молекул воды. Рассмотрим электролиз водного раствора сульфата никеля с инертными электродами.

В растворе: NiSO4 = Ni2+ + SO42–;

На катоде:

K(-) Ni2+ + 2ē = Ni

2H2O + 2ē = H2 + 2OH–

Эти реакции никак не связаны между собой и суммировать их нельзя! Никакого простого соотношения между количеством никеля и водорода нет, оно зависит от концентрации, температуры, материала катода и прочих факторов.

На аноде:

А(+) (SO42– – не окисляются )

2H2O – 4ē = O2 + 4H+

Общих уравнений (катод + анод) в этом случае тоже будет два. Чтобы получить общее уравнение основной реакции, мы должны сложить уравнение основного процесса на катоде и уравнение анодного процесса, с учетом коэффициентов электронного баланса:

K(-) Ni2+ + 2ē = Ni |2

А(+) 2H2O – 4ē = O2 + 4H+|1

--------------------------------------------------------

2Ni2+ + 2H2O = 2Ni + O2 + 4H+ – ионное,

2NiSO4 + 2H2O = 2Ni + O2 + 2H2SO4 – молекулярное уравнение основной реакции.

Аналогично получаем общее уравнение побочной реакции:

K(-) 2H2O + 2ē = H2 + 2OH–|2

А(+) 2H2O – 4ē = O2 + 4H+|1

--------------------------------------------------------

6H2O = 2H2 + 4OH– + O2 + 4H+

2H2O = 2H2 + O2

 

 

Реакции

основание + кислота = соль + вода

основный оксид + кислота = соль + вода

основание + кислотный оксид = соль + вода

основный оксид + кислотный оксид = соль

амфотерный оксид (гидроксид) + кислота (основание) = соль + вода

металл + кислота = соль + Н2

металл + неметалл = соль бескислородной кислоты

pH = - lg [H+]

[H+] = [OH-] = 10-7 - среда нейтральная, рН=7

[H+] > 10-7 - среда кислая, рН < 7

[H+] < 10-7 - среда щелочная, рН > 7

Гидролиз солей

Состав соли	Примеры	Способность к гидролизу	Уравнение реакции гидролиза	Реакция среды
катион	анион
Сильного основания	Сильной кислоты	BaCl2, NaBr, K2SO4	Не гидролизуется	-	Нейтральная рН=7
слабого основания	Слабой кислоты	CH3COONH4, (NH4)2CO3	Гидролизуется в наибольшей степени	CH3COONH4 + H2O <=> CH3COOH + NH3*H2O	Зависит от степени диссоциации (a) образующихся продуктов
Сильного основания	Слабой кислоты	Na2CO3, K2SO3, CH3COONa	гидролизуется	CO32- + H2O <=> HCO3- +OH-	Щелочная рН < 7
слабого основания	Сильной кислоты	ZnCl2, Fe(NO3)2, CuSO4	гидролизуется	Zn2+ +H2O <=> ZnOH+ + H+	Кислая рН > 7

Индикаторы

индикатор	Интервал перехода рН	Изменение окраски
Кислая среда	нейтральная	щелочная
фенолфталеин	8,2-10,0	Бесцветный	Бесцветный	красный
Лакмус	5,0-8,0	красная	желтая	синяя
метиловый оранжевый	3,0-4,0	красная	желтая	желтая