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
|